联碱法制碱用筛板、笠帽混合结构碳化塔

摘要

该发明属于化工设备中的联碱生产用碳化塔。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。该碳化塔由于在吸收段采用筛板式结构的塔板同时设置了防止母液返混的塔板，并在分离段顶部增设一笠帽式塔板，而具有塔体结构先进、简单、重量轻、CO2吸收率高、尾气中CO2含量较背景技术低50～70；可有效防止母液返混、结晶效果好；输出的碱液含碱量提高3～5％，塔体生产能力提高10～20％等特点。克服了背景技术结构复杂、笨重、CO2吸收率低、塔内轴向返混严重、尾气中含量及原料气耗量高、生产率较低等缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于一种化学工业生产用设备，特别是一种采用联碱法制取纯碱用的碳酸化塔(碳化塔)。

背景技术

目前，联碱法生产纯碱普遍采用索尔维笠帽碳化塔作为其碳酸化设备。该碳化塔主塔体的塔顶为分离段，在中部吸收段和结晶生成段均采用笠帽式塔板，主塔体下部为各冷却箱内均设有冷却水管的冷却段及底座，整个塔体为异径塔。此类塔化塔虽然具有可用于联碱法生产纯碱，但却存在笠帽结构复杂、笨重；碳化液与其逆流的CO₂(反应)气体接触时间短、接触面积小，对二氧化碳的吸收不充分；塔内轴向返混严重而又进一步影响二氧化碳的吸收效果；塔顶排出的尾气中二氧化碳含量高达10～25％，损耗大；中部高温区由于轴向返混骤冷而产生大量的晶核，既降低了高温区的高度，又影响了结晶粒度的增大，若为了确保结晶粒度而提高中部温度，又将使反应上移，加大尾气中二氧化碳的含量。此外，由于笠帽下部存在死气区，采用大量笠帽塔板，又降低了塔腔内的有效反应容积，影响碳化塔的生产能力。因而，上述背景技术存在塔体内结构复杂、笨重、碳化液对CO₂的吸收不充分，结晶质量差、粒度小，尾气中CO₂含量高、原料气消耗大，生产率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是在背景技术基础上，改进设计一种联碱法制碱用筛板、笠帽混合结构碳化塔，以达到简化塔体结构、提高碳化液对CO₂的吸收率和结晶质量，有效降低尾气中CO₂的浓度及其耗量，延长高温区的高度，增大塔体内腔的有效反应容积及提高其生产率等目的。

本发明的解决方案是将碳化塔吸收段的所有笠帽式塔板改进设计为带溢流管的筛板，以解决原笠帽塔板存在的死气区问题、增大其有效反应容积及减化塔板结构、降低其重量；筛板上两相泡沫化良好、有效大的气液接触表面积，从而提高其吸收效率，有效抑制轴向返混，同时使反应区上移，进一步促进CO₂的吸收；筛板式塔板使母液吸收路径增大、筛板上的径向混合好、给大粒度均匀结晶提供了良好的生成条件。同时在结晶生成段与冷却段之间增设环形筛板，以防止被冷却的母液返混到结晶生成段，确保结晶生成段有足够高的有效区域，阻止大量细晶的形成。此外，为了防止笠帽下形成死气区，在笠帽下的塔板上环形开设一组气孔，促使笠帽下的反应气与母液对流，加快其反应速度。因此，本发明碳化塔包括塔圈叠合而成的主塔体壳体及依次设于壳体内的分离段、带塔板的吸收段和结晶生成段在内的主塔体，在主塔体顶部及吸收段上部的塔圈上还分别设有尾气排放口和母液进液口，位于主塔体下部包括内设冷却管的冷却箱组及设于各冷却箱之间的笠帽式塔板在内的冷却段，以及设于冷却段底部带原料气进气口及碱液出口的塔体底座；关键在于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。上述防止母液返混的筛板为中心带溢流管的筛板，各筛孔的直径为φ25～40mm，筛孔总面积为板体面积的1.8～3.0％。而设于结晶生成段和冷却段的笠帽式塔板，在笠帽下的塔板上环形开设有一组气孔。该组气孔的个数为4～12个，各孔的直径为φ30～50mm，而所述在吸收段设有溢流管的筛板式塔板，在溢流管顶端还设有一环形斜板，溢流管内径φ700～800mm，偏心设于筛板的一侧、对称于该溢流管的另一侧的板体有一为相应于溢流管内孔截面积的1.3～1.6倍的无孔板体，塔体内各塔板错位设置、即上塔板的溢流管正对下塔板上无孔板体的中心，而下塔板溢流管则正对上塔板上的无孔板体中心。为了使较大粒径的颗粒及碱垢顺利排入下一层塔板，在吸收段筛板式塔板的溢流管与其筛板体的上交界面处的管壁上还对称设置有2～4个直径为φ40～60mm的径向溢流孔，以形成双向溢流。筛板式塔板的筛孔直径φ10～30mm，筛孔的总截面积为相应塔板面积的0.5～2.0％。各筛板式塔板的孔数相同，而孔径在其范围内下层塔板孔径较大、而上一层为较小孔径塔板。为了进一步减少尾气中的雾沫夹带，在主塔体内的分离段顶部与尾气排放口之间增设一笠帽式塔板。

本发明碳化塔具有以下特点：

1、塔体结构先进、简单，运行稳定、可靠，筛板式塔板的重量仅为相应笠帽式塔板的20～30％，塔体内参与反应的有效容积较背景技术增大7～15％；塔体总重量可降低近10％；

2、CO₂的吸收率高，出塔尾气中CO₂含量低；当中部温区较背景技术高出5℃时，尾气中CO₂含量较背景技术低50～70％，有效降低了原料气的消耗；

3、碳化塔中部温度可较背景技术提高4～8℃、高温区加长、有利于结晶生成；防止冷却段母液返混筛板的设置，又有效防止了大量细晶的形成；有利于晶粒增大，提高结晶质量；

4、吸收率的提高、有效反应容积的增大等，使输出的碱液中含碱量提高3～5％，塔体的生产能力可较背景技术提高10～20％。

附图及附图说明

图1、为本发明碳化塔结构示意图；

图2、为吸收段筛板式塔板A向视图(俯视图)

图中：1、尾气排放口，2、分离段，3、塔圈，4、吸收段，4-1、母液进液口，4-2、筛板式塔板，4-3、溢流管，4-4、无孔板体，4-5、环形斜板，4-6、溢流孔，5、结晶生成段，5-1、笠帽式塔板，5-2、气孔，6、冷却段，6-1、冷却箱，6-2、冷却管，6-3、笠帽式塔板，6-4、气孔，7、底座，7-1、碱液出口，7-2、原料气进气口，8、防止母液返混筛板，8-1、溢流管。

实施例1

本实施例以生产能力为170T/日的联碱生产用碳化塔为例：顶部尾气排放口1，分离段2，吸收段4及结晶生成段5的塔圈3的材质、结构、尺寸及设置个数均与背景技术相同；冷却水箱6-1、冷却管6-2及底座7亦均与背景技术同。结晶生成段5的笠帽式塔板5-1、冷却段6的塔板6-3的板体、笠帽的材质、直径、高度等均与背景技术同，本实施例在沿塔帽环口下的塔板上，环形等弧度设置8个直径为φ38mm的气孔5-2及6-4。本实施例在吸收段4、设筛板式塔板4-2共10块，该塔板材质为钢板、厚10mm，直径φ3000mm，筛孔直径底层为φ25mm，每上一层孔径减小1.0mm，顶层为φ16mm，各层筛孔数相等且均匀分布，其中底层筛孔总横截面积为塔板面积的1.75％，各溢流管4-3，内径750mm，环形斜板4-5外径φ870mm，管壁上开设2个φ50mm的溢流孔4-6；防止母液返混筛板8，各筛孔孔径φ30mm，总筛孔面积为该塔板面积的2％，该塔板上溢流管8-1设于板体中心，其管体内径及环形斜板外径均与吸收段溢流管4-3及其环形斜板4-5同，但管壁不设溢流孔。

本实施例每个筛板式塔板重750～900kg仅为笠帽式塔板重(每个3250kg)的23～27.6％，整个塔体可较背景技术轻8.5％；而生产能力则可提高18％左右。

实施例2

本实施例在分离段2的顶部与尾气排放口1之间增设一结构、尺寸均与实施例1中笠帽式塔板6-3相同的塔板，以减少尾气的雾沫夹带。本实施例尾气中CO₂含量仅为背景技术的30％左右。