多段外部自然循环冷却大型碳化塔制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，该碳化塔的上、中、下段塔体中每段塔体内均设有若干块塔板，上、中、下段塔板设有不同形式的降液管且各塔板筛孔直径和孔距也各不相同，此外下段塔体的每段冷却区塔体外部设有至少两个外冷器，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；并将塔体和外冷器管板以碳钢‑不锈钢复合板或碳钢‑钛复合板成型，塔内部件以不锈钢成型，外冷器壳体等以碳钢成型，冷却管以不锈钢或钛成型。该碳化塔可大型化、二氧化碳吸收效率和碳化转化率高、传热效率高、连续制碱作业时间长、成品铁含量低、碳酸氢钠结晶粒度大、高效高性价比，既能适用于联碱法又可适用于氨碱法。

Multi section external natural circulation cooling large carbonization tower

【技术实现步骤摘要】
多段外部自然循环冷却大型碳化塔
本技术涉及一种纯碱生产用设备，尤其涉及一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，适用于氨碱法和联碱法生产纯碱。
技术介绍
碳化塔(也碳酸化塔)是纯碱生产的核心设备，纯碱生产的主要化学反应在该塔内进行，其内部兼有传质、吸收、化学反应、结晶、传热等多种过程，又含气、液、固等多相体系。化学工程中一般典型的吸收塔、反应器、结晶器、换热器等单元操作设备都不适用于纯碱生产中的碳酸化作业，因此碳化塔是一种特殊的纯碱生产专用设备。目前世界上纯碱生产厂家普遍采用索尔维型碳化塔。该塔用铸铁铸造，由多节铸铁塔圈组成，塔内有三十块左右笠帽塔板，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。这种塔属内冷结构，能满足纯碱生产的碳酸化需要，已有一百多年历史，但随着纯碱工业的发展，该塔已逐渐显露出其影响纯碱技术发展的一些缺点。如为提高生产效率和降低生产成本，生产装置必然向大型化发展，然而索尔维碳化塔由于铸铁材质和结构形式，难于大型化，通常做法是一个大型纯碱厂往往需建几十台索尔维碳化塔，这样致使工厂建设费用高，占地面积大，操作维护费用高，显示不出大型生产装置的优越性。再如随着技术进步，纯碱用户要求降低纯碱中铁含量，提高纯碱白度，然而铸铁的索尔维型碳化塔的耐蚀性较差，使纯碱中铁含量增加，并影响产品白度，此外铸铁材质因有一定腐蚀，导致设备寿命较短，平时维修工作量大，设备泄漏也难以杜绝，影响环境。鉴于上述问题，纯碱业者提出一些新的碳化塔结构设想和技术方案。1975年日本旭硝子公司(AsahiGlass)报导了一种在联碱法纯碱生产中采用的碳化塔，该塔用碳钢制造并内加防腐层，用泵循环外部冷却(US4,217,330)，简称NA塔。该塔摆脱传统的铸铁材质，可以实现大型化，但存在防腐层易脱落、循环泵粉碎晶体易生成二次晶核而致使结晶粒度变细、吸收效率低、尾气CO2含量高达20％等缺点，同时因为吸收效率低，碳化转化率低，不能用于氨碱法生产纯碱，因此该技术未见推广使用报导。针对上述问题，相关技术人员曾开发出自然循环外部冷却碳化塔，解决了上述循环泵粉碎晶体使结晶变细的问题；后又开发出以液相为连续相的高效筛板塔板，提高了吸收效率，使外冷碳化塔可以大型化且造价较低，从而使外冷碳化塔得到推广使用。但上述外部冷却碳化塔无论是泵循环还是自然循环，都是在塔下部一段循环，由于塔下部存在塔液循环，所以整个塔下部塔液都是一个成份，即塔下部相当于只有一块塔板，致使碳化转化率降低，因此这种外冷碳化塔只能用于联碱法生产纯碱，不能用于氨碱法生产纯碱，否则会提高原料盐的消耗量。1980年索尔维公司发表的《结晶碳酸氢钠的生产工艺及设备》专利(EP0015626)报导中，采用多段外部冷却方式，其将塔液从塔内引出，经脱气室、过饱和消除室后，用泵送至外冷却器进行冷却，再循环回到塔内。该专利技术方案的流程复杂，设备多，且在实际使用中发现，塔液中细晶不可能完全分离，循环液中夹带的晶粒必然被循环泵碎，使结晶变细，影响后续的过滤作业，因此该专利技术仅停留在室内试验阶段，此后未见其在工业生产中使用的报导。2003年本领域技术人员提出了《氨碱法外冷碳化塔》技术方案(ZL03234905.X)，该技术方案中的碳化塔采用三段外部自然循环冷却方式，以克服单段外冷碳化塔转化率低的问题，使外冷碳化塔能在氨碱法生产纯碱中使用。但该技术方案仅完成了中间试验阶段，当实际使用时发现因存在连续制碱作业时间较短和大型化时冷却段高度超过塔总高60％，会使结晶变细的问题，最终未能在工业生产中使用，而该技术方案所述的碳化塔仅适用于氨碱法。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供了一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，该碳化塔可大型化、二氧化碳吸收效率和碳化转化率高、传热效率高、连续制碱作业时间长、成品铁含量低、碳酸氢钠结晶粒度大、高效高性价比，既能适用于联碱法又可适用于氨碱法。本技术的技术方案是：一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，包括自上向下依次连通设置的上段塔体、中段塔体和下段塔体，其中所述上段塔体内沿该上段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块上段塔板，每块上段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的上段降液管，该上段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该上段降液管的上端高出上段塔板的塔板面；所述中段塔体内沿该中段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块中段塔板，每块中段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的中段降液管，该中段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该中段降液管的上端与中段塔板的塔板面齐平；所述下段塔体至少分为两段冷却区，每段冷却区的塔体外部定位设有至少两个与该段冷却区内部连通的外冷器，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；每段冷却区内自上向下依次间隔设有一下段塔板、一集气板和一环形塔板，所述下段塔板的中心处装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的下段降液管，该下段降液管呈锥形结构，且该下段降液管的上端与下端塔板的塔板面齐平；所述环形塔板的中心处开设有一供循环液流动的圆孔形通道。其进一步的技术方案是：相邻上段塔板的上段降液管相对上段塔体的轴线对称分布且位于上段塔板的边缘处，相邻中段塔板的中段降液管相对中段塔体的轴线对称分布且位于中段塔板的边缘处；且所述上段降液管的横截面面积大于上段塔板横截面面积的5％，所述中段降液管的横截面面积大于中段塔板横截面面积的5％。所述上段塔板的筛孔直径为8-20mm，所述中段塔板的筛孔直径为10-30mm，所述下段塔板的筛孔直径为20-40mm，所述环形塔板的筛孔直径为20-30mm，且上段塔板、中段塔板、下段塔板和环形塔板的孔距为150-250mm且开孔率为0.15-1.4％。所述集气板呈圆锥状结构，且该圆锥状结构的中心处开设有一第一圆形通孔，该第一圆形通孔的孔周局部开设有锯齿状波纹结构。所述下段塔体内位于最低端冷却区环形塔板的下方处装设有一所述下段塔板，紧邻该下段塔板的下方处定位设有一进气分布器，该进气分布器呈圆锥状结构且该圆锥状结构的中心处开设有一第二圆形通孔。所述下段塔体的外周侧壁上对应进气分布器侧周面处开设有用于向碳化塔内通气体的进气口，所述上段塔体的顶部处开设有供尾气排出的尾气出口；所述上段塔体的外周侧壁上高出最顶部上段塔板处开设有用于向碳化塔内通液体的进液口，所述下段塔体的底部处开设有供液体排出的出液口。每个所述外冷器与下段塔体间均采用横截面呈扁圆形结构的连接管焊接式连接，且该连接管的中心轴线与碳化塔塔体的中心轴线之间形成20-30°的倾斜夹角；所述外冷器的入口管处均装设有一孔径小于冷却管内径的大孔格网。所述下段塔体的冷却区为三段，且每段冷却区的塔体外部定位设有四个与该段冷却区内部连通的外冷器。所述上段塔体、中段塔体和下段塔体均采用碳钢-不锈钢复合板成型，且朝向塔体内部面采用不锈钢层；碳化塔的塔内部件均采用不锈钢成型；所述外冷器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：包括自上向下依次连通设置的上段塔体(1)、中段塔体(2)和下段塔体(3)，其中/n所述上段塔体(1)内沿该上段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块上段塔板(4)，每块上段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的上段降液管(5)，该上段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该上段降液管的上端高出上段塔板的塔板面；/n所述中段塔体(2)内沿该中段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块中段塔板(6)，每块中段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的中段降液管(7)，该中段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该中段降液管的上端与中段塔板的塔板面齐平；/n所述下段塔体(3)至少分为两段冷却区，每段冷却区的塔体外部定位设有至少两个与该段冷却区内部连通的外冷器(8)，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；每段冷却区内自上向下依次间隔设有一下段塔板(9)、一集气板(10)和一环形塔板(11)，所述下段塔板(9)的中心处装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的下段降液管(12)，该下段降液管呈锥形结构，且该下段降液管的上端与下端塔板的塔板面齐平；所述环形塔板(11)的中心处开设有一供循环液流动的圆孔形通道(13)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：包括自上向下依次连通设置的上段塔体(1)、中段塔体(2)和下段塔体(3)，其中
所述上段塔体(1)内沿该上段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块上段塔板(4)，每块上段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的上段降液管(5)，该上段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该上段降液管的上端高出上段塔板的塔板面；
所述中段塔体(2)内沿该中段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块中段塔板(6)，每块中段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的中段降液管(7)，该中段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该中段降液管的上端与中段塔板的塔板面齐平；
所述下段塔体(3)至少分为两段冷却区，每段冷却区的塔体外部定位设有至少两个与该段冷却区内部连通的外冷器(8)，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；每段冷却区内自上向下依次间隔设有一下段塔板(9)、一集气板(10)和一环形塔板(11)，所述下段塔板(9)的中心处装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的下段降液管(12)，该下段降液管呈锥形结构，且该下段降液管的上端与下端塔板的塔板面齐平；所述环形塔板(11)的中心处开设有一供循环液流动的圆孔形通道(13)。


2.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：相邻上段塔板的上段降液管(5)相对上段塔体的轴线对称分布且位于上段塔板的边缘处，相邻中段塔板的中段降液管(7)相对中段塔体的轴线对称分布且位于中段塔板的边缘处；且所述上段降液管的横截面面积大于上段塔板横截面面积的5％，所述中段降液管的横截面面积大于中段塔板横截面面积的5％。


3.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述上段塔板(4)的筛孔直径为8-20mm，所述中段塔板(6)的筛孔直径为10-30mm，所述下段塔板(9)的筛孔直径为20-40mm，所述环形塔板(11)的筛孔直径为20-30mm，且上段塔板、中段塔板、下段塔板和环形塔板的孔距为150-250mm且开孔率为0.15-1.4％。


4.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述集气板(10)呈圆锥状结构，且该圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光耀，屈宪章，丁超然，夏文菊，范兴男，阚文生，李瑞峰，汪峰，叶金金，王亮亮，
申请(专利权)人：中盐昆山有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32