专利名称：一种非金属材料塔顶的碳化塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种碳化塔，尤其是涉及一种制取碳酸氢钠的碳化塔。
背景技术：
目前主要有两种碳化塔，菌帽塔和筛板塔，国内大中型纯碱厂主要以菌帽碳化塔为主，其结构一直沿用传统的索尔维碳化塔型。该碳化塔主塔体的塔顶为分离段，中部为采用菌帽式塔板的吸收段和结晶生成段，主塔体下部为各冷却箱内均设有冷却管的冷却段及底座，整个塔体为异径塔。菌帽塔具有塔体结构复杂，传质效率低，结晶质量差等缺点。20世纪末，部分碱厂开始应用异径筛板碳化塔。筛板式碳化塔的中上段，即分离、吸收结晶段采用筛板，下部冷却段的冷却水箱之间设菌帽，在冷却箱之间设有一空圈，设中段进气口。底部有底座，有下段气进口及出碱口。在筛板塔中气液分流、返混现象轻，塔液浓度梯度大，有利于吸收；气液互相分散，接触充分；塔内有效容积大。由于冷却段以上的塔体直径大，其截面积比冷却段大，筛板塔的有效容积率又高，因此该塔上段的有效容积率比菌帽塔大，相对传统的菌帽塔在提高传质效率和结晶质量上有一定的优势。但在结构设计上仍有待改
盡
口 ο为提高结晶质量，延长作业时间以及简化设备结构等，对碳化塔的结构做了诸多研究，结合筛板和菌帽式塔板的优缺点进行设计。如采用带溢流管的筛板塔、外部冷却式碳化塔等新结构。CN2687102Y公开了一种多级内循环碳化塔，整塔结构为:塔上段即吸收段与结晶段运用内循环塔板，塔板由底盘、导流筒、帽盖、降液管构成；下部冷却段的水箱之间仍设菌帽，在整个冷却段中增设2 3个内循环塔板，降液管下口插人菌帽帽盖下；塔顶空圈，塔底底座，进气圈等同菌帽塔。CN100388960C公开了一种联碱生产用碳化塔，包括壳体及依次设于壳体中的分离段、带筛板式塔板的吸收段和带笠帽式塔板的生成段在内的主塔体，冷却段，底座及设于塔体与冷却段之间防止母液返混的筛板式塔板。纯碱工业从索尔维制碱法工业化开始，绝大部分设备都是采用铸铁材料。目前设备材料主要是采用加入适量稀有金属的改性铸铁，或者在铸铁或碳钢构件上衬覆耐碱胶层。铸铁设备加入稀有金属，可以改变铸铁的硬度、耐腐蚀性和耐冲刷性，但加入量很难掌握，加入太多或太少都会降低效果。同时在碳化塔内在大量CO2气体的强力搅动下，冲刷腐蚀加剧了碳化塔的腐蚀，造成了碳化液含铁量升高。CN201710989U利用钛材料的优良防腐蚀性能，强的自钝化能力研究了一种钛制碳
化塔筛板塔盘。CN1559903A公开了筛板、笠帽混合结构的碳化塔，其中在主塔体下部结晶生成段和冷却段之间还设有一防止母液返混的筛板；而吸收段和结晶生成段的塔板分别为设有溢流管的筛板式塔板和笠帽式塔板；筛板式塔板及笠帽式塔板分设于相应的吸收段和结晶生成段中两两塔圈之间并与各塔圈可拆卸式紧固成一体，防止母液返混的筛板则与结晶生成段底部塔圈下口及冷却段顶部冷却箱上口紧固成一体。不管是菌帽塔还是筛板塔，现有技术碳化塔塔顶材料均为铸铁材料，且气液分离段均设有塔板，从而大大增加了其表面积，常常锈蚀严重，增加产品的含铁量，严重影响产品质量；此外，长时期生锈腐蚀的表面会突凹不平，易结疤，疤垢累积过多时占据气流通道，阻碍气流，引起冒塔甚至塔堵。
实用新型内容本实用新型的目的是克服已有技术的缺点，提供一种能增强其防腐性能，改善其运行状况，提高产品质量的一种碳化塔。本实用新型提供一种碳化塔，它包括从上至下依次设置的气液分离段、吸收和结晶段、冷却段以及底座，其特征在于:所述碳化塔的上述各段的塔体或塔筒体具有大致相等的内、外直径，塔顶的气液分离段呈现为一种包括筒体和封头的储罐形式且该储罐的筒体(或塔圈)和封头都由非金属材料制成，该储罐的筒体(或塔圈)内部为空圈或空腔的形式；冷却段的塔板为菌帽塔板形式，吸收和结晶段的塔板为筛板形式。这里所述的“碳化塔的上述各段的塔体或塔筒体具有大致相等的内、外直径”是指碳化塔的上述各段的塔体或塔筒体具有相等或大约相等的内直径和外直径。“大致相等”与“相等或大约相等”同义。“大约相等”这里表示有±5%(优选±3%)的公差(或误差)。优选地，各层中使用的增强材料都是无碱无捻纤维纱，优选无碱无捻玻璃纤维纱。优选，筛板全由钛合金制造。一般情况下，本实用新型提供一种碳化塔，整个塔体以铸铁材料为主，塔顶全为非金属材料，筛板全为钛合金，从上至下依次分为气液分离段、吸收段和结晶生成段、冷却段及底座，其中，非金属材料塔顶的气液分离段为空圈，其顶部设有尾气出口、放空口和吹蒸汽口，冷却段设有7 9个冷却水箱、冷却水箱间设有菌帽和中段气进口，吸收段和结晶生成段设有钛合金筛板，上部设有氨盐水或中和水进口，接近气液分离段的塔圈(或筒体)的两块筛板孔径为30 40mm,开孔率为1.5 2.0%,其它10 12块筛板孔径为35 45mm,开孔率为2.0 2.5%。相邻三个孔之间均呈正三角型排列。底座上设有下段气进口和碱液出口。所述碳化塔的塔顶为非金属材料，优选为玻璃钢非金属材料。一般，塔顶储罐的筒体采用缠绕工艺由树脂和增强材料组成的玻璃钢材料制成，而罐顶法兰及储罐的其它配件采用手糊工艺由树脂和增强材料组成的玻璃钢材料制成。所述塔顶储罐包括内表层、防渗层、结构层和外表层。这些层是由树脂和增强材料(优选纤维增强材料，例如玻璃纤维材料)制成，所有层的增强材料可以使用任何用于制造玻璃钢的增强材料，优选都使用无碱无捻纤维纱。其中，储罐的内表层设计厚度为0.1 8mm,优选0.15 7mm,更优选0.2 6mm,进一步优选0.22 5mm,仍然优选0.25 2mm,优选0.3 Imm,更优选0.4 0.6mm。储罐的防渗层设计厚度为2 15mm,优选3 IOmm,更优选3.5 6mm,更优选4 5mm。储罐的筒身(或筒体或塔圈)结构层的厚度为7 30mm,优选8 20mm,更优选10 15mm,再更优选12 14mm。储罐的封头结构层厚度为10 35mm,优选11 30mm,更优选12 25mm,优选15 20mm,更优选16 18_。储罐的外表层厚度为0.1 4mm,优选0.2 3mm,优选0.3 2mm,更优选0.35 1.5mm,更优选0.4 0.6mm。内表层和防渗层分别使用双酚A改性环氧乙烯基树脂(例如D 411型、D441型、D510型、SW901型、SW905型的双酚A环氧乙烯基树脂，广州市众鑫玻璃钢制品有限公司或河北三阳盛业玻璃钢制品有限公司或(河北省冀州市)中意玻璃钢有限公司)和增强材料制成。储罐的结构层是通过使用间苯型树脂，例如聚间苯二甲酸乙二醇酯型(例如S902型，A407-901型，A400-976型，或A400-972型，广州市众鑫玻璃钢制品有限公司或河北三阳盛业玻璃钢制品有限公司)，和增强材料来制成的。外表层使用胶衣树脂和任选的增强材料制成，以防老化。内表层含胶量>90wt%(基于内表层总重量)。防渗层含胶量60 90wt%，优选70 80wt% (基于防渗层总重量)。结构层含胶量20 50%，优选30 40%。外表层含胶量95 100wt%。外表层加入0.5 2wt%(基于外表层的树脂的总重量)的紫外线吸收剂(例如U V -9型紫外线吸收剂)，优选加入0.8 1.2wt%的紫外线吸收剂(例如U V -9型紫外线吸收剂)。含胶量是指树脂含量(wt%)。这里所述的胶衣树脂是指用于纤维增强塑料制品表面上使制品表面性能(例如耐候性、耐老化性或耐水性等)提高的树脂。例如，作为胶衣树脂，可以使用可UV固化的不饱和聚酯树脂。这里所述的“任选”表示有或没有。“空圈”表示“空的塔圈”。所述碳化塔塔顶的塔圈(或塔顶储罐的筒体)与下一段铸铁塔体采用玻璃钢法兰加接。本实用新型碳化塔为等径碳化塔，结构简单，造价低。为了增加结晶生成段碳化液的容积和停留时间，为NaHCO3晶体的析出和成长提供较好的条件，纯碱行业一直沿用结晶生成段径大于吸收段和冷却段的异径碳化塔，本实用新型碳化塔由于结构设计合理，直径为Φ3000的等径碳化塔对于晶体的生长有足够大的容积，而且生产能力比背景技术直径为Φ 3000/3400/3000的异径菌帽塔大8% 15%。吸收段和结晶段具有一个或两个或多个(例如3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、
15个)筛板形式的塔板。所述碳化塔接近气液分离段的塔圈的I 3块(例如2块)筛板(即吸收段和结晶段的塔板)孔径为30 40mm，开孔率为1.5 2.0%，其它筛板(例如其它4-12块、其它6-12块或其它10 12块筛板)孔径为35 45mm，开孔率为2.0 2.5%，相邻三个孔之间均呈正三角型排列。筛板上有溢流管，直径为500 700mm，溢流管的向上伸出长度(即上段)为300 400mm，溢流管的向下伸出长度(即下段)为800 900mm，溢流管的中心轴到筛板中心的中心距为900 1100mm。溢流管与其筛板体的上交界面处的管壁上有2 5个(例如3、4个)弧长为90 110mm，高为50 60mm的溢流孔。本实用新型装置投入生产运行以后，效果良好，其塔顶为非金属材料，降低了铁份的含量，有效降低了产品的铁份，提高了产品质量，气液分离段为空圈，利用液体的自身重力进行气液分离，尾气中夹杂的极少量液体可以通过尾气净氨塔吸收，由于气液分离段为空圈(或空腔)，一方面能有效防止塔顶结疤，解决长期以来困扰各碱厂的由于塔顶气流受阻而冒塔的难题，另一方面结构简单，构价低。另外，其筛板的筛孔和溢流管科学设计，传质效率好，产品结晶质量高，操作弹性大，抗稳定性强。
图1为本实用新型的碳化塔结构示意图。[0024]I为塔顶气液分离段，2为吸收段和结晶段，2-1为筛板，2-2为中和水或氨盐水入口，3为冷却段，3-1为中段气进口，3-2为菌帽，3-3为冷却水箱，4为底座，4-1为下段气进口，4-2为出碱口。图2为本实用新型的非金属材料塔顶结构示意图。201为气液分离段，202为视镜，203为吹蒸汽口，204为尾气出口，205为放空口，206为仪表口。图3为本实用新型的溢流管结构示意图。301为溢流管的上段，302为溢流管的下段，303为溢流孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做详细描述。本实施例以生产能力为280t/d的碳化塔为例:如图1、2、3所示本实用新型的碳化塔，Φ3000*30400，塔体从上至下依次分为气液分离段1、吸收段和结晶生成段2、冷却段3及底座4，其中，塔顶的气液分离段为空圈201，其顶部设有尾气出口 204、放空口 205和吹蒸汽口 203，冷却段设有8个冷却水箱3-3、冷却水箱间设有8个菌帽3-2和中段气进口 3_1，吸收段和结晶生成设有筛板2-1，上部设有氨盐水或中和水进口 2-2，接近气液分离圈的两块筛板孔径为30 40mm,开孔率为1.5 2.0%,其它11块筛板孔径为35 45mm,开孔率为2.0 2.5%，相邻三个孔之间均呈正三角型排列，吸收段上部设有中和水或氨盐水入口2-2，底座上设有下段气进口 4-1和碱液出口 4-2。本实用新型碳化塔的塔顶2全为玻璃钢非金属材料，Φ3000*2300，塔顶的储罐筒体采用玻璃钢缠绕工艺制作，法兰罐顶及其它配件采用手糊工艺制作，包括内表层、防渗层、结构层和外表层。这些层的增强材料选使用无碱无捻纤维纱。其中，内表层设计为
0.4 0.6mm,防渗层设计4 5mm,筒身结构层12 14mm,封头结构层16 18mm,夕卜表层0.4 0.6mm,内表层和防渗层选用D 411双酚A乙烯基树脂，结构层选用间苯树脂A400-972，外表层选用胶衣树脂，以防老化，内表层含胶量> 90%,防渗层含胶量70 80%，结构层含胶量30 40%，外表层含胶量100%，外表层加入0.8 1.2%的U V -9型紫外线吸收剂；塔顶与下一段铸铁的塔体采用玻璃钢法兰加接。本实用新型碳化塔气液分离段为空圈201，冷却段塔板为铸铁菌帽塔板，其它塔板为钛合金筛板，筛板有溢流管，直径为500 700mm，上溢流管301高300 400mm，下溢流管302高800 900mm，溢流管中心到筛板中心的中心距为900 1100mm，溢流管与其筛板体的上交界面处的管壁上有2 5个弧长为90 110mm，高为50 60mm的溢流孔303。本实用新型碳化塔为等径碳化塔，接近气液分离圈的两块筛板孔径为30 40mm，开孔率为1.5 2.0%，其它筛板孔径为35 45mm，开孔率为2.0 2.5%，均呈正三角型排列。以下为利用以上装置生产碳酸氢钠的过程:温度控制在35 45°C的中和水(78m3/h)经中和水泵送至碳化塔的中和水入口，在塔内中和水与塔中部进入的中段气(7600m3/h)和塔下部进入的下段气(4800m3/h)逆流吸收进行化学反应，生成碳酸氢钠悬浮液，经过冷却水箱控制出碱温度在28 32°C之间，碱液(80m3/h )利用塔压从出碱口压入出碱槽送往滤过，反应尾气由塔顶尾气出口排出。
权利要求1.一种碳化塔，它包括从上至下依次设置的气液分离段、吸收和结晶段、冷却段以及底座，其特征在于:所述碳化塔的上述各段的塔体或塔筒体具有大致相等的内、外直径，塔顶的气液分离段呈现为一种包括筒体和封头的储罐形式且该储罐的筒体和封头都由非金属材料制成，该储罐的筒体内部为空圈或空腔的形式；冷却段的塔板为菌帽塔板形式，吸收和结晶段的塔板为筛板形式。
2.根据权利要求1所述的碳化塔，其特征在于:所述塔顶的气液分离段的储罐由玻璃钢材料制成；吸收和结晶段、冷却段以及底座的塔体或筒体部分各自独立地是由铸铁、不锈钢或陶瓷制成。
3.根据权利要求2所述的碳化塔，其特征在于:塔顶储罐的筒体采用缠绕工艺由玻璃钢材料制成，而罐顶法兰及储罐的其它配件采用手糊工艺由玻璃钢材料制成。
4.根据权利要求2或3所述的碳化塔，其特征在于:塔顶储罐包括内表层、防渗层、结构层和外表层。
5.根据权利要求4所述的碳化塔，其特征在于:内表层的厚度为0.1 8mm，防渗层的厚度为2 15mm，储罐的筒体结构层的厚度为7 30mm，储罐的封头结构层的厚度为10 35mm,夕卜表层的厚度为0.1 4mm。
6.根据权利要求1所述的碳化塔，其特征在于:所述筛板上有溢流管。
7.根据权利要求6所述的碳化塔，其特征在于:所述溢流管直径为500 700mm，溢流管的向上伸出长度为300 400mm，溢流管的向下伸出长度为800 900mm，溢流管的中心轴到筛板中心的中心距为900 1100mm。
8.根据权利要求6或7所述的碳化塔，其特征在于:在溢流管与其所在的筛板体的上交界面处的管壁上有2 5个弧长为90 110mm，高为50 60mm的溢流孔。
9.根据权利要求1所述的碳化塔，其特征在于:与气液分离段的塔圈最接近的两块筛板的筛孔径为30 40mm,开孔率为1.5 2.0%,其它筛板孔径为35 45mm,开孔率为2.0 2.5%。
专利摘要本实用新型公开了一种塔顶为非金属材料碳化塔，其塔顶为玻璃钢非金属材料，气液分离段为空圈，与下一段铸铁塔体采用玻璃钢法兰加接，冷却段塔板为菌帽塔板，其它塔板为筛板，其筛板的筛孔和溢流管科学设计。本实用新型装置投入生产运行以后，效果较好，其塔顶为非金属材料，有效降低了产品的铁份，提高了产品质量，其塔顶气液分离段为空圈，能有效防止塔顶结疤，解除塔顶气流阻碍，有效改善冒塔问题；另外，其筛板的筛孔和溢流管科学设计，传质效率好，产品结晶质量高，操作弹性大，抗稳定性强。
文档编号B01J19/00GK202924757SQ20122064021
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者王远, 丁超然, 李凤朝, 杜维刚, 姜家国, 侯景纯, 王井祥 申请人:江苏井神盐化股份有限公司