CN103657136B - 一种氯化铝蒸发结晶的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氯化铝蒸发结晶的方法及设备，属于化工领域。是多效蒸发工艺蒸发结晶氯化铝的方法，在上一效分离后、下一效加热室之前的二次蒸汽的输送过程中增加洗涤除酸工序，所使用的洗涤液为与二次蒸汽温度、压力相同的碱液。分离是采用多蒸发室蒸发方式，所述加热采用串联的多管程加热方式。多蒸发室多管程是指含有两个及两个以上的蒸发室、管程，所用设备是在上一效分离室和下一效加热室之间的管道上连通设置有通有与上一效分离室内的二次蒸汽的温度、压力相同的碱液的洗涤塔。分离室为多室结构，加热室为多管程加热室，分离室的多个蒸发室，分别与加热室的多个管程连通，分离室的多个蒸发室的上部通过管道与洗涤塔连通。采用本发明能够避免氯化铝蒸发浓缩过程中挥发出的氯化氢对设备腐蚀和环境污染，并提高了蒸发浓缩的效率，减小了设备的体积和占地量，减少了投资。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工工艺，具体的是指一种生产氯化铝过程中的蒸发结晶工艺。
背景技术
氯化铝的化学式为AlCl3，氯化铝的工业品是一种无色透明晶体或白色而微带浅黄色的结晶性粉末。氯化铝在空气中极易吸收水分并部分水解放出氯化氢而形成酸雾。
目前氯化铝的生产一般是采用一步酸溶法粉煤灰制取氧化铝，在氯化铝的生产过程中需要对氯化铝的原料液进行蒸发浓缩，目前的蒸发浓缩工艺大部分采用多效蒸发，一般对氯化铝的蒸发过程是这样进行的：首先将氯化铝的原料液由原料泵送至预热器进行预热升温，然后进入一效加热室蒸发浓缩，浓缩后的物料经一效循环泵进入二效分离室，经二效循环泵进入二效加热室进一步浓缩后，进入三效加热室进行蒸发浓缩到固含量约为25%时通过出料泵进入稠厚器，再通过离心机进行固液分离，分离后的母液回到三效分离室，固体产品经包装后储存。
上述的加热室的热源是来自与蒸汽总管的饱和蒸汽，饱和蒸汽是进入一效加热室的壳程，一效加热室的管程通入的原料液，进入壳程的饱和蒸汽将管程的溶液加热，饱和蒸汽与管程的溶液进行换热冷凝后，饱和蒸汽的冷凝液通入到原料液预热器将原料液预热后回到锅炉房。原料液经一效加热室加热、进入一效分离室后，在蒸发过程中会产生的二次蒸汽，此二次蒸汽随后进入二效加热室的壳程并与二效加热室管程的溶液进行换热冷凝，冷凝液进入冷凝水罐A。二效分离室在蒸发过程中产生的二次蒸汽进入三效加热室的壳程并与管程的溶液进行换热冷凝，形成的冷凝液进入冷凝水罐B。
蒸发过程中的原料液的pH=1~3，由于在蒸发过程中AlCl3·6H2O极易水解产生氯化氢，一效分离室和二效分离室内产生的二次蒸汽中氯化氢的含量大约为1~2%,盐酸是还原性强酸，是腐蚀性最强的物质之一。这些带有氯化氢的二次蒸汽对设备、管道的腐蚀性很大，目前的生产工艺不仅影响设备的使用寿命、增加设备投资，而且排放的二次汽还会污染环境，使工人操作环境恶劣。
另外，由于工业上一般的蒸发工艺的物料处理量都非常巨大，所以一般蒸发设备都比较庞大，而设备处理能力比较小，设备生产量不大。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种能够避免氯化铝蒸发浓缩过程中挥发出的氯化氢对设备腐蚀和环境污染的氯化铝蒸发浓缩工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种氯化铝蒸发结晶方法，包括采用多效蒸发工艺蒸发结晶氯化铝的方法，在上一效分离后、下一效加热之前的二次蒸汽的输送过程中增加洗涤除酸工序，所使用的洗涤液为与二次蒸汽温度、压力相同的碱液。所述分离是采用多蒸发室蒸发方式，所述加热采用串联的多管程加热方式。
一种氯化铝蒸发结晶的设备，包括与氯化铝原料液管道和/或蒸汽总管连接的通过管道连通设置的包括分离室和加热室的多效蒸发设备，在上一效分离室和下一效加热室之间的管道上连通设置有通有与上一效分离室内的二次蒸汽的温度、压力相同的碱液的洗涤塔。多蒸发室多管程是指含有两个及两个以上的蒸发室、管程。
本发明的氯化铝蒸发结晶的设备进一步具体结构是：所述分离室为多室结构，分离室内通过一竖向的隔离板将分离室分隔成多个蒸发室，隔离板的下部开有将多个蒸发室连通的小孔；所述加热室为多管程加热室，分离室的多个蒸发室分别与加热室的管程连通，分离室的蒸发室的上部通过管道与洗涤塔连通。
本发明的氯化铝蒸发结晶的设备进一步具体结构是：所述多效蒸发设备主要包括一效加热室、一效分离室、二效分离室、二效加热室、三效分离室、三效加热室，所述一效加热室、二效加热室、三效加热室，一效加热室主要由一效加热室A和一效加热室B构成，二效加热室主要由二效加热室A和二效加热室B构成，三效加热室主要由三效加热室A和三效加热室B构成，所述一效加热室A的管程与冷凝水预热器的管程及原料液管道相连，一效加热室A的管程还与一效分离室的左侧蒸发室循环连通，一效分离室右侧的蒸发室与一效加热室B的管程循环连通，一效加热室B的管程与二效分离室连通；二效分离室的左侧蒸发室与二效加热室A的管程循环连通，二效分离室的右侧蒸发室与二效加热室B的管程循环连通，二效加热室B的管程与三效分离室连通；三效分离室左侧的蒸发室与三效加热室A的管程循环连通，三效分离室右侧的蒸发室与三效加热室B的管程循环连通，三效加热室B的管程通过出料泵连通到离心分离机；
所述一效加热室A的壳程和一效加热室B的壳程分别与蒸汽总管及冷凝水预热器的壳程连通，一效分离室的蒸发室的上部与一效洗涤塔的上部连通；一效洗涤塔的下部分别与二效加热室A的壳程和二效加热室B的壳程连通，二效分离室的蒸发室的上部与二效洗涤塔的上部连通；二效洗涤塔的下部分别与三效加热室A的壳程和三效加热室B的壳程连通，三效分离室的蒸发室通过间接冷凝器与冷凝水罐连通；所述二效加热室A的壳程、二效加热室B的壳程、三效加热室A的壳程、三效加热室B的壳程也分别与冷凝水罐连通；所述一效洗涤塔和二效洗涤塔分别与碱液管连通。
本发明的氯化铝蒸发结晶的设备进一步具体结构是：所述一效洗涤塔和二效洗涤塔上分别设置带碱液循环泵的碱液循环管道，一效洗涤塔和二效洗涤塔与碱液管连通的管道上还设置有关断阀。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
采用本发明方法和设备能够避免氯化铝蒸发浓缩过程中挥发出的氯化氢对设备腐蚀和环境污染。本发明在一效分离室和二效加热室之间以及二效分离室和三效加热室之间各增加一台洗涤塔，这样由分离室蒸发出来的二次蒸汽先进入洗涤塔进行洗涤除酸后再进入加热室，洗涤塔内采用同温度、同压力下的碱水洗涤二次蒸汽，洗涤后的二次蒸汽不含酸、碱气体，解决了现有的氯化铝蒸发过程中所挥发的大量氯化氢气体对设备腐蚀的问题。从而延长了设备的使用寿命，减少二次蒸汽污染。
本发明采用多室多管程加热蒸发器，将一个分离室利用隔离板分割成为多个蒸发室，隔板的下部有小孔将相邻两室连通， 这样可以提高蒸发过程中的有效温差，多管程加热室可以进一步增大换热面积，提高了蒸发物料的沸腾强度，提高了蒸发浓缩的效率，减小了设备的体积，解决设备处理量不大的问题，在同等效率情况下减少了设备的占地量，减少了投资费用，使无法实现的大装置具有可行性。多室蒸发器与单室蒸发比较，其平均沸点低，平均总传热系数大，因此比相同面积的单室蒸发器的蒸发量大。多室蒸发器的各个蒸发室内的溶液的浓度不同，而由多个蒸发室组成的分离室总的平均浓度则较单室蒸发器内溶液的出料浓度小，因而可以提高蒸发效率。
本发明的洗涤塔设置碱液循环管道，洗涤用的碱液在设备开车运行时就一次性注入到洗涤塔中，然后将通往洗涤塔的输送碱液的管道上的关断阀关闭，在正常生产过程中用碱液循环泵促使洗涤塔内的碱液循环，这样节省了碱液的用量，二次蒸汽也从洗涤塔的上部进入下部流出，这样能够增大二次蒸汽与碱液的接触机会，加大洗涤效果。
附图说明
图1是本发明的以双室双管程蒸发器为例的工艺流程图。
其中：1、一效分离室，2、一效加热室A，3、一效加热室B，4、一效洗涤塔，5、二效分离室，6、二效加热室A，7、二效加热室B，8、二效洗涤塔，9、三效分离室，10、三效加热室A，11、三效加热室B，12、间接冷凝器，13、冷凝水罐，14、真空泵，15、冷凝水预热器，16、上料泵，17、一效碱液循环泵，18、一效过料泵，19、二效碱液循环泵，20、二效过料泵，21、冷凝水泵，22、出料泵，23、碱液管，24、蒸汽总管，25、原料液管道，26、冷凝水回水管，27、冷却水管，28、冷凝水出口，29、物料出口，30、关断阀，32、碱液循环管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明，下面的具体实施方式是以双室双管程蒸发器为例，至于三室三管程蒸发工艺的原理与双室双管程蒸发工艺相同、设备相似，这里不再累述，但均属于本发明的保护范围。
本发明所述的一种氯化铝蒸发结晶的设备，包括与氯化铝原料液管道和/或蒸汽总管连接的通过管道连通设置的包括分离室和加热室的多效蒸发设备，所述上一效分离室和下一效加热室之间的管道上连通设置有通有与上一效分离室内的二次蒸汽的温度、压力相同的碱液的洗涤塔。所述分离室为双室结构，分离室内通过一竖向的隔离板将分离室分隔成左右两个蒸发室，隔离板的下部开有将左右两个蒸发室连通的小孔；所述加热室为双管程加热室，分离室的左右两个蒸发室分别与加热室的两个管程连通，分离室的两个蒸发室的上部通过管道与洗涤塔连通。
所述多效蒸发设备主要包括一效加热室、一效分离室1、二效分离室5、二效加热室、三效分离室9、三效加热室。一效加热室主要由一效加热室A和一效加热室B构成，二效加热室主要由二效加热室A和二效加热室B构成，三效加热室主要由三效加热室A和三效加热室B构成。输送氯化铝原料液（原料液的浓度为20%、温度为40℃的氯化铝溶液）的原料液管道25连通冷凝水预热器15内，氯化铝的原料液由冷凝水预热器15预热后，然后进入到一效加热室A的管程，一效加热室A的管程的另一端连通到一效分离室1的左侧蒸发室的上部，一效分离室1的左侧蒸发室的下部通过管道与一效加热室A的下端的管程连通，使物料在一效加热室A和一效分离室1的左侧蒸发室间形成循环。进入一效分离室1左侧蒸发室内物料还从隔离板下部的小孔进入一效分离室1右侧的蒸发室，一效分离室1右侧的蒸发室下部与一效加热室B的管程的下端连通，一效加热室B的管程的上端连通到一效分离室1右侧的蒸发室上部，使物料在一效分离室1右侧的蒸发室和一效加热室B之间也形成循环。一效加热室B的管程还与二效分离室5的左侧蒸发室连通，并通过一效过料泵18输送。二效分离室5的左侧蒸发室与二效加热室A的管程也是循环连通，二效分离室5的右侧蒸发室与二效加热室B的管程也是循环连通，二效分离室5的左右侧蒸发室之间也是通过隔离板下部的小孔连通。二效加热室B的管程还与三效分离室9的左侧蒸发室连通；三效分离室9左侧的蒸发室与三效加热室A10的管程同样是循环连通，三效分离室9右侧的蒸发室与三效加热室B的管程同样是循环连通，三效加热室B的管程下部还通过管道连接一出料泵22，出料泵22将浓缩后的固含量达到25%以上物料经物料出口29送到离心分离机，进行固液分离。
上述是本发明所用方法及设备中被氯化铝物料的路线及设备流程。本发明中作为加热介质的蒸汽流程及设备如下：来自锅炉房的蒸汽总管24分别与一效加热室A的壳程的上部和一效加热室B的壳程的上部连通，一效加热室A的壳程的下部和一效加热室B的壳程下部与冷凝水预热器15的壳程连通，冷凝水预热器15的壳程又与通到锅炉房的冷凝水回水管26连通，水蒸汽经过一效加热室A和一效加热室B，然后流经冷凝水预热器15将原料液预热后形成冷凝水流回到锅炉房。
从分离室中蒸发产生的二次蒸汽作为下一级加热蒸发设备的热源。一效分离室1的蒸发室的上部与一效洗涤塔4的上部连通，一效洗涤塔4的下部分别与二效加热室A（6）的壳程和二效加热室B（7）的壳程连通，一效分离室1中产生的二次蒸汽经一效洗涤塔4中的碱液同温同压洗涤后，进入二效加热室，对物料继续加热。同样，二效分离室5的蒸发室的上部与二效洗涤塔8的上部连通，二效洗涤塔8的下部分别与三效加热室A（10）的壳程和三效加热室B（11）的壳程连通。最后，三效分离室9的蒸发室通过间接冷凝器12与冷凝水罐13连通，间接冷凝器12与真空泵14连接，真空泵的作用是抽真空，以维持整个系统所要求的压力。二效加热室A的壳程、二效加热室B的壳程、三效加热室A的壳程、三效加热室B的壳程也分别与冷凝水罐13连通；冷凝水罐13将最后不含酸和碱的冷凝水收集，并由冷凝水泵21将冷凝水送到冷凝水出口28。从二效加热室A的壳程、二效加热室B的壳程出来的冷凝水还连通到三效加热室A的壳程和三效加热室B的壳程中。
本发明的洗涤塔所用的碱液是通过碱液管23输送到一效洗涤塔4和二效洗涤塔8中。一效洗涤塔4和二效洗涤塔8上都设置有促使碱液循环的管道，一效洗涤塔4和二效洗涤塔8的碱液循环管道上分别设置一效碱液循环泵17和二效碱液循环泵19，碱液循环管道一端连通在洗涤塔的上部，一端连通在洗涤塔的下部，连通在洗涤塔的上部碱液循环管道上还连接有喷淋头，碱液在碱液循环泵的作用下从洗涤塔的上部喷出。在一效洗涤塔4和二效洗涤塔8内还分别设置有从上到下分层布置的降液隔板，以增大碱液下降的路径，降低下降的速度。一效洗涤塔4和二效洗涤塔8与碱液管23连通的管道上还设置有关断阀30，在氯化铝蒸发结晶设备开机运行时，打开关断阀30，将碱液注入洗涤塔，然后即可将关断阀关闭。
本发明利用上述设备进行氯化铝蒸发结晶的方法，还是采用原有的多效蒸发工艺参数， 并在上一效分离后、下一效加热之前的二次蒸汽的输送过程中增加洗涤除酸工序，所使用的洗涤液为与二次蒸汽温度、压力相同的碱液，这样由分离室蒸发出来的二次蒸汽先进入洗涤塔进行洗涤除酸后再进入加热室，洗涤后的二次蒸汽不含酸、碱气体。本发明的方法中所述氯化铝原料液分离的方法是采用双蒸发室蒸发方式，加热是采用串联的双管程加热方式。
Claims (2)
1.一种氯化铝蒸发结晶的设备，包括与氯化铝原料液管道(25)和/或蒸汽总管(24)连接的通过管道连通设置的包括分离室和加热室的多效蒸发设备，其特征在于：在上一效分离室和下一效加热室之间的管道上连通设置有通有与上一效分离室内的二次蒸汽的温度、压力相同的碱液的洗涤塔；
所述分离室为多室结构，分离室内通过竖向的隔离板将分离室分隔成多个蒸发室，隔离板的下部开有将多个蒸发室连通的小孔；所述加热室为多管程加热室，分离室的多个蒸发室分别与加热室的管程连通，分离室的蒸发室的上部通过管道与洗涤塔连通；
所述多效蒸发设备主要包括一效加热室、一效分离室(1)、二效分离室(5)、二效加热室、三效分离室(9)、三效加热室，所述一效加热室主要由一效加热室A(2)和一效加热室B(3)构成，二效加热室主要由二效加热室A(6)和二效加热室B(7)构成，三效加热室主要由三效加热室A(10)和三效加热室B(11)构成，所述一效加热室A(2)的管程与冷凝水预热器(15)的管程及原料液管道(25)相连，一效加热室A(2)的管程还与一效分离室(1)的左侧蒸发室循环连通，一效分离室(1)右侧的蒸发室与一效加热室B(3)的管程循环连通，一效加热室B(3)的管程与二效分离室(5)连通；二效分离室(5)的左侧蒸发室与二效加热室A(6)的管程循环连通，二效分离室(5)的右侧蒸发室与二效加热室B(7)的管程循环连通，二效加热室B(7)的管程与三效分离室(9)连通；三效分离室(9)左侧的蒸发室与三效加热室A(10)的管程循环连通，三效分离室(9)右侧的蒸发室与三效加热室B(11)的管程循环连通，三效加热室B(11)的管程通过出料泵(22)连通到离心分离机；
所述一效加热室A(2)的壳程和一效加热室B(3)的壳程分别与蒸汽总管(24)及冷凝水预热器(15)的壳程连通，一效分离室(1)的蒸发室的上部与一效洗涤塔(4)的上部连通；一效洗涤塔(4)的下部分别与二效加热室A(6)的壳程和二效加热室B(7)的壳程连通，二效分离室(5)的蒸发室的上部与二效洗涤塔(8)的上部连通；二效洗涤塔(8)的下部分别与三效加热室A(10)的壳程和三效加热室B(11)的壳程连通，三效分离室(9)的蒸发室通过间接冷凝器(12)与冷凝水罐(13)连通，间接冷凝器(12)与真空泵(14)连接；所述二效加热室A(6)的壳程、二效加热室B(7)的壳程、三效加热室A(10)的壳程、三效加热室B(11)的壳程也分别与冷凝水罐(13)连通；
所述一效洗涤塔(4)和二效洗涤塔(8)分别与碱液管(23)连通。
2.根据权利要求1所述的氯化铝蒸发结晶的设备，其特征在于所述一效洗涤塔(4)和二效洗涤塔(8)上分别设置带碱液循环泵的碱液循环管道(32)，一效洗涤塔(4)和二效洗涤塔(8)与碱液管(23)连通的管道上还设置有关断阀(30)。
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