一种碳化塔的制作方法

本发明涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种碳化塔。

背景技术：

在化工工业中，碳化过程是集化学反应、能量转化、物料溶质传输与扩散、过饱和溶液结晶等多种物理化学过程，同时又有固、液、气三种物质状态共同存在并反应。碳化塔是纯碱(碳酸钠)制造工艺中的核心设备，制备纯碱的主要化学反应在碳化塔内进行，并使用氨碱法制备纯碱。

纯碱(na2co3)的制备以食盐、二氧化碳、氨气、水为原料。先使用氨气通入饱和食盐水中形成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠和氯化铵溶液。将过滤、洗涤得到的碳酸氢钠微小晶体加热煅烧制得纯碱。

化学反应方程式如下所示：nacl+co2+nh3+h2o＝nahco3↓+nh4cl；2nahco3＝na2co3+h2o+co2↑。在纯碱的制备过程中，需要在碳化塔中使用浓氨水除去二氧化碳并得到碳酸氢氨(nahco3)。

申请人经过仔细检索后发现公开号为cn206985735u的中国实用新型专利公开了一种纯碱筛板式碳化塔改进结构的现有技术。在该现有技术中，采用变径塔圈往上，筛板筛孔面积逐步减少，并配有降液管，气体从筛孔上升，液体从降液管下降，液体呈“之”字形路线流动的技术方案。该现有技术虽然延长了液体流动路线，也加强了气、液相之间的交换，并在一定程度上可以可提高内件的工作效率，但该现有技术依然无法减少液体流经碳化塔内部所配置的组件所可能形成的死角的问题，因此在一定程度上存在纯碱制造使用现有技术中所揭示的碳化塔所存在的结晶不充分、粒度不均匀及碳酸氢钠转换率较低等缺陷。同时，该现有技术制备得到的纯碱的成品粒度不均匀，质量不稳定。

有鉴于此，有必要对现有技术中的用于制备纯碱的碳化塔予以改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于揭示一种碳化塔，用以实现对在纯碱制造过程中提高料液与二氧化碳的接触时间，减少二氧化碳在尾气中的排放浓度，提高纯碱粒度的均匀性，并提高碳酸氢钠碳化过程的转化率及产品质量，尤其是为了解决现有技术中的碳化塔中的液体流经碳化塔内部所可能形成死角的技术问题，以间接地提高纯碱的制备效率并降低制造成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种碳化塔，包括：

形成遮蔽腔体的塔体，

所述塔体的顶部与底部分别形成进气口与出气口，内置于塔体内部并自上而下依次布置的喷管组件、若干双流型泡罩塔盘、若干单流型泡罩塔盘、若干s型塔盘、换热装置和出料管，以及嵌设在所述塔体的侧壁并与s型塔盘在垂直方向上交替布置的冷凝器；

若干s型塔盘沿塔体垂直延伸方向上错位布置，以形成迂回上升的气流通道。

作为本发明的进一步改进，所述喷管组件包括中心管，自中心输送管侧部水平横向对称设置的若干支管，所述支管的末端形成喷口。

作为本发明的进一步改进，所述双流型泡罩塔盘包括：塔板，设置于塔板上方的若干旋转泡罩以及设置于塔板下方的底板。

作为本发明的进一步改进，所述塔体内部设置的多个双流型泡罩塔盘沿垂直方向上依次交替配置与所述塔板垂直设置的第一外围降液管与中心降液管。

作为本发明的进一步改进，所述双流型泡罩塔盘与单流型泡罩塔盘的顶部设置若干旋转泡罩；

所述旋转泡罩包括部分相互收容的帽盖与具齿缝的叶片，以及

垂直连接帽盖与具齿缝的叶片的转动轴；

所述具齿缝的叶片固定设置在塔板上，并与位于塔板下方的底板连接，所述底板与转动轴之间形成环状间隙，所述帽盖与具齿缝的叶片及环状间隙形成供气体上升并穿过旋转泡罩的连续通道；

所述单流型泡罩塔盘配置第二外围降液管。

作为本发明的进一步改进，所述s型塔盘包括：形成若干气流夹道的受液盘，设置于受液盘上方的边帽及水平交错间隔且横向断面为s型的板体，以及第三外围降液管。

作为本发明的进一步改进，所述塔体内部设置的s型塔盘所配置的第三外围降液管沿垂直方向上依次交替配置。

作为本发明的进一步改进，所述换热装置由水平横置于塔体内部的两组列管式换热器组成；

所述列管式换热器包括：换热管，设置于塔体外部的第一管箱与第二管箱，所述第一管箱与第二管箱内部设置垂直设置的隔板，所述第一管箱与第二管箱之间配置连接管；

两组列管式换热器的换热管交替配置，并与塔体形成圆弧形的流通通道。

作为本发明的进一步改进，所述换热装置的下方设置锥形盘体，所述进气口通过管道横向接入锥形盘体的侧面。

作为本发明的进一步改进，所述冷凝器为u型冷凝器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过本发明所揭示的碳化塔，提高了料液与二氧化碳的接触时间，减少了二氧化碳在尾气中的排放浓度，提高纯碱粒度的均匀性，并提高了碳酸氢钠碳化过程的转化率及产品质量，并解决了料液流经碳化塔内部所可能形成死角的技术问题，间接地提高了纯碱的制备效率，并降低了碳酸钠的制造成本。

附图说明

图1为本发明一种碳化塔的轴向剖视结构图；

图2为沿图1中a-a向的水平剖视图；

图3为沿图1中b-b向的水平剖视图；

图4为沿图1中c-c向的水平剖视图；

图5为沿图1中d-d向的水平剖视图；

图6为碳化塔中的旋转泡罩的结构示意图；

图7为置于图1所示出碳化塔的内部上方并用于输入料液的喷管的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图7所揭示的被发明一种碳化塔的一种具体实施方式。该碳化塔可用于纯碱制备过程中料液与二氧化碳(呈气态)的接触反应，以连续高效地生成碳酸氢钠与氯化铵。在本实施例中，术语“料液”是指氨盐水。料液从碳化塔的顶部依靠重力自上而下运动，气体(即二氧化碳)从碳化塔的底部自下而上运动，并与料液进行反应，以生成碳酸氢钠与氯化铵。

具体的，本实施例所揭示的一种碳化塔，其包括：形成遮蔽腔体的塔体4。塔体4呈圆柱形，并呈垂直方式设置。塔体4的顶部与底部分别形成进气口24与出气口3，内置于塔体4内部并自上而下依次布置的喷管组件52、若干双流型泡罩塔盘、若干单流型泡罩塔盘、若干s型塔盘29、换热装置28和出料管23，以及嵌设在所述塔体4的侧壁并与s型塔盘29在垂直方向上交替布置的冷凝器；若干s型塔盘29沿塔体4垂直延伸方向上错位布置，以形成迂回上升的气流通道。

如图1所示，该碳化塔的塔体4中自上而下依次水平布置六个双流型泡罩塔盘，一个单流型泡罩塔盘36，三个s型塔盘29，换热装置28，换热装置28的下方设置锥形盘体18，该进气口24通过管道横向接入锥形盘体18的侧面。具体的，每个s型塔盘29的下方设置冷凝器15，冷凝器15为u型冷凝器。锥形盘体18分别设置直径较大的上口181与直径较小的下口182。塔体4的底部设置与遮蔽腔体连通的出料管道22，并在出料管道22的末端设置出料口22，将已经反应完毕并含有碳酸氢钠与氯化铵的料液排出该塔体4。二氧化碳气体从进气口24通入塔体4中，向上流动并从出气口3排出该塔体4。在本实施例中，设置多个在垂直方向上依次间隔排布的冷凝器15，使得料液中的已经生成的碳酸氢钠能够初步发生结晶，并有利于结晶体的生长，从而形成颗粒较大的碳酸氢钠结晶体。具体的，冷凝器15嵌设在塔体4的侧壁上，并通过循环流动的冰水混合物对塔体4内的遮蔽腔体或者内壁面上向下流动的料液进行冷却降温。

六个双流型泡罩塔盘分为两种不同类型的双流型泡罩塔盘，即双流型泡罩塔盘5与双流型泡罩塔盘6，并依次交替水平设置。双流型泡罩塔盘5的径向外侧与塔体4之间形成直径较大的第一外围降液管10。第一外围降液管10与塔板8以垂直方式连接，并形成一个整体结构。第一外围降液管10径向向外外扩，从而使得下降的料液更为分散地掉落在双流型泡罩塔盘6上，这也在一定程度上提高了料液与二氧化碳反应的接触面积，且更有利于生成碳酸氢钠。第一外围降液管10与塔体4之间形成供料液下落至双流型泡罩塔盘6上方的圆环通道100。双流型泡罩塔盘6的中心设置直径较小的中心降液管14。中心降液管14形成供料液向下流动的圆形通道140(参图2所示)。中心降液管14的下沿口向内收敛，以提高料液下落时形成良好的约束，并提高下降速度。

双流型泡罩塔盘6的外围通过圆环状的连接板61与塔体4形成一体式结构。双流型泡罩塔盘5的顶部设置多个均匀分布的旋转泡罩7，双流型泡罩塔盘6的顶部设置多个均匀分布的旋转泡罩11，单流型泡罩塔盘36的顶部设置多个均匀分布的旋转泡罩37。旋转泡罩7、旋转泡罩11及旋转泡罩37的具体结构参图6所示。

参图7所示，在本实施例中，该喷管组件52包括中心管520，自中心管520侧部水平横向对称设置的支管521、支管522及支管523。支管521、支管522及支管523的末端形成喷口5211。所有支管均与中心管520连通，通过喷口5211以水平方向喷射料液。中心管520水平贯穿塔体4并与进料管1连接，进料管1的末端通过法兰连接存储料液的装置(未示出)。进一步的，在本实施例中，多个支管在水平面上呈类似于圆形或者椭圆形的方式予以配置，多个支管与中心管520形成鱼骨状，从而通过多个支管末端所设置的喷口5211均匀地将料液喷射至塔体4内部，这在一定程度上提高了料液与二氧化碳的接触反应时间。

结合图1与图2所示，双流型泡罩塔盘5或者6包括：塔板8，设置于塔板8上方的若干泡罩7(泡罩11)以及设置于塔板8下方的底板9。塔体4内部设置的多个双流型泡罩塔盘沿垂直方向上依次交替配置与所述塔板8垂直设置的第一外围降液管10与中心降液管14。从双流型泡罩塔盘5上向下流动的料液从第一外围降液管10与塔体4所形成的圆环通道100均匀降落至双流型泡罩塔盘6的连接板61上，并与向上逆向流动的二氧化碳气体进行充分反应，然后从双流型泡罩塔盘6的中心降液管14所形成的圆形通道140降落至位于双流型泡罩塔盘6下方的双流型泡罩塔盘5，依次往复循环多次。

参图6所示，双流型泡罩塔盘5,6与单流型泡罩塔盘36的顶部设置若干旋转泡罩。旋转泡罩7包括部分相互收容的帽盖57与具齿缝的叶片53，以及垂直连接帽盖57与具齿缝的叶片53的转动轴54。具齿缝的叶片53固定设置在塔板8上，并与位于塔板8下方的底板9连接，底板9与转动轴54之间形成环状间隙91，帽盖57与具齿缝的叶片53及环状间隙91形成供气体上升并穿过旋转泡罩的连续通道200。其中，旋转泡罩11与旋转泡罩37具有相同结构，并具体参图6所示。

结合图3所示，在本实施例中，该单流型泡罩塔盘36包括塔板361，设置于塔板361上方的多个均匀分布的旋转泡罩37，塔板361的底部设置底板35。塔板361的末端设置与其垂直连接的第二外围降液管38。该第二外围降液管38与塔体4之间形成横截面呈弧形(沿水平方方向剖切该塔体4所形成的截面)并供料液向下掉落至s型塔盘29的弧形通道380。通过该弧形通道380向下掉落的料液掉落至位于下方的另一个s型塔盘29上。

参图4所示，该s型塔盘29包括：形成若干气流夹道34的受液盘30，设置于受液盘30上方的边帽32及水平交错间隔且横向断面为s型的板体31，以及第三外围降液管33。气流夹道34在俯视角度上呈条状。第三外围降液管33与塔体4之间形成横截面为弧形的弧形通道330，通过该弧形通道330向下掉落的料液掉落至位于下方的s型塔盘29上，使得料液与二氧化碳进一步的接触反应。塔体4内部设置的三个s型塔盘29所配置的第三外围降液管33沿垂直方向上依次交替配置，以形成迂回形态的料液下落通道，从而增加料液与二氧化碳的接触时间，进一步提高了反应效率。

在本实施例中，由于设置多个塔体4垂直延伸方向错位设置的多个s型塔盘29，且由于s型塔盘29的升气通道所形成的横截面积(即气流夹道34所形成的水平方向上的横截面积)比双流型泡罩塔盘5、双流型泡罩塔盘6及单流型泡罩塔盘36上所分别配置的旋转泡罩7、旋转泡罩11、旋转泡罩37所形成的升气通道的横截面积大，因此允许二氧化碳气体在逆向向上流动时所形成的流速较大。因此，能够降低料液的液面落差，且气流分布也相对于比双流型泡罩塔盘5及双流型泡罩塔盘6更为均匀，从而确保了料液中的氨水及食盐水与二氧化碳气体的反应进程，从而提高了碳酸氢铵的产率。同时，s型塔盘29所配置的气流夹道34使得溶解度较小的碳酸氢钠不易于发生沉积，从而有效地避免了气液通道发生堵塞的现象。能够满足纯碱制备过程中形成大颗粒结晶产品的需求。

如图5所示，该换热装置28由水平横置于塔体4内部的两组列管式换热器组成。列管式换热器包括：换热管，设置于塔体4外部的第一管箱与第二管箱，所述第一管箱与第二管箱内部设置垂直设置的隔板，所述第一管箱与第二管箱之间配置连接管。两组列管式换热器的换热管交替配置，并与塔体4形成圆弧形的流通通道280。

具体的，在本实施例中，该换热装置28包含换热管39及换热管46，并形成独立的两个换热系统。换热管39与换热器46横向遮蔽塔体4内部所形成的圆形通道，并对下降至换热管39与换热器46上的料液进行冷却。换热管39的两端分别延伸出塔体4，并在两端设置汇聚换热管39的第一管箱41与第二管箱47。第一管箱41与第二管箱47之间通过管道43连接，并在管道43之间通过法兰42连接。第一管箱41与第二管箱47均设置垂直设置的隔板40。

第一管箱41设置用于导入冷水的进水管44，第二管箱47设置同于导出换热后所形成同于导出热水的出水管45。冷水沿图5中箭头a所示出的方向流入换热管39，并沿箭头b所示出的流出第一个换热系统。同理所示，另一个换热系统的第一管箱41设置用于导入冷水的进水管51，第二管箱47设置同于导出换热后所形成同于导出热水的出水管48。冷水沿图5中箭头c所示出的方向流入换热管46，并沿箭头d所示出的流出第二个换热系统。在本实施例中，通过两个独立的换热系统，实现了更为良好的换热效果且冷却过程更为均匀。通过这种技术方案，可显著的能够提高碳酸氢钠结晶的颗粒的粒度。在该碳化塔实际运行过程中，通过该换热装置28进行冷却的料液中的碳酸氢钠的粒径d90可达150～200μm。

该碳化塔工作时，料液由进料管1通过喷管组件52喷入塔体4。料液由靠重力自上向下先通过第一层双流型泡罩塔盘5上，后经第一外围降液管10流入第二层双流型泡罩塔盘6上，并从中心降液管14继续下落，并历经三个循环，使气流通畅与料液(即氨盐水)接触。然后，料液再由中心降液管14进入单流型泡罩塔盘36，又使气流通畅在其中与料液接触；最后，料液由第二外围降液管38下降进入第一层s型塔盘29上，到达第三外围降液管33，以此再下降到第二层s型塔盘29与第三层s型塔盘29上。再使气流通畅在其中与料液接触；料液下降后遇到冷凝器降温，冷水(具体为0度冰水)由进水管44进入换热管39并从出水管45排出，或者由进水管51进入换热管46并从出水管48排出。冷却后的料液下降到锥形盘体18，到达塔体4底部所设置的出料管23排出。

结合图1与图5所示，气流(主要为二氧化碳)由进气口24侧切进入塔体4，以此上升经过换热装置28，三个s型塔盘29、单流型泡罩塔盘36、双流型泡罩塔盘5、双流型泡罩塔盘6，并依次与料液接触，最后由塔顶出气口3排出该碳化塔。待反应的二氧化碳气体侧切进入塔体4并在锥形盘体18的配合下，使得导入至塔体4中的二氧化碳气体能够在塔体4内形成螺旋上升的旋转气流，这在一定程度上也不仅有利于料液与二氧化碳的充分反应；更为重要的是，进气口24侧切进入塔体4的技术方案还能防止通入塔体4的高速气流不会对从换热装置28处降落的料液产生干涉，并有利于包含碳酸氢钠与氯化铵的料液顺利的通过锥形盘体18的上口181与下口182(下口182与上口181均呈圆形)，并最终从出料管23排出该碳化塔。

通过本实施例所揭示的碳化塔，提高了料液与二氧化碳的接触时间，减少了二氧化碳在尾气中的排放浓度，提高纯碱粒度的均匀性，并提高了碳酸氢钠碳化过程的转化率及产品质量，并解决了料液流经碳化塔时可能形成死角的技术问题，并间接地提高了纯碱的制备效率，降低了碳酸钠的制造成本。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。