CN106044722A - 一种硫酸均布方法及其分酸器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫酸均布方法及其分酸器，旨在提供一种酸液分布均匀的硫酸均布方法及其分酸器。本发明的酸液均布方法采用预分布腔体，在预分布腔体的下方设置与其连通的分酸主部件，并在分酸主部件上设置若干等高的分酸支管；将预分布腔体、分酸主部件的腔体及分酸支管的腔体连接形成一个密闭的酸液通道，仅在预分布腔体上设置酸液入口，在分酸支管的下部均布设置酸液出口；且使预分布腔体的流通截面、分酸主部件的总流通截面以及分酸支管的总流通截面均大于酸液入口截面，通过控制酸液的流量，使酸液在预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内形成不充满状态，并排出酸液未充满空间内的部分空气，实现各酸液出口排出酸液的稳流均布。

Description

一种硫酸均布方法及其分酸器

技术领域

本发明涉及制酸设备技术领域，尤其是涉及一种硫酸均布方法及其分酸器。

背景技术

分酸器是浓硫酸生产设备中干吸塔的重要组成部分，硫酸需要在设备中经过多级导流，最终经由末端支管上的分酸点流出，其酸液支流和最终末端分流的流动情况、压头分布情况会对整个装置运行的稳流产生影响，不仅要求设备在苛刻的工况下条件下具有耐腐蚀酸流的冲刷，还应具备在一定酸流条件下，有效的做到分类和多级稳流的均匀分布。现就各类分酸器在生产使用中存在的问题分析如下：

1.分酸器设备末端设置有若干出酸孔，以往的分酸器无论是在设计的还是已经投入使用的，都存在出酸孔处的酸压头不稳定，时常会产生变动，而且若干并排的出酸孔的酸压头和出酸量分布特不均匀，有较大的偏差。传统的管式分酸，分酸点的排布密度小，属正压流或上喷式流动或自然流，没有明确的预分系统，在实际使用中塔内酸液分布不均及出口冲力较大等，长期以来一直未能得到解决。

2.传统分酸器在设计和制造中，并没有进行过有效的、系统的专功研究，主要表现为呈线性分布，分酸主、支管混用，结构组成形式单一，未考虑不同组件具体的工况效能，没有创新分流效能系统、缓流部件、点均分及盲区解决等，更无深度创新应用的负压调流、稳流，这些较多的缺陷直接导致了分酸器内酸液压力差别较大，形成紊流和普片的槽内、腔体内的回流，使各布酸点流量分配极差及冲力大带出酸雾沫。在过流系统中，酸流中心区与边区点流量误差偏大，且不可控制，也导致了组件的边区或过流段长的、在经过长期使用后，出现弱流或阻孔现象，严重影响了系统的正常生产。

3.槽式分酸器在使用中，当节流孔板磨孔扩孔并逐步失效或上酸量偏大以及电流不稳定时，冲力使槽内酸液翻滚，产生严重的扰动现象，这导致溢流小管部分满流或不满流，甚至酸液从槽内溢出。溢流小管外伸使出酸点难以得到流量均分及存在较多分酸死角，使塔体、填料的高度得不到有效降低。

4.槽管式分酸器占塔截面积约50%以上，而酸槽底宽极具形成涡流，使气体向槽边集中加速带出酸雾沫，腐蚀管路，减短设备寿命。由于采用溢流分酸，要求所有分酸溢流口都在同一平面，这就对设备的生产和安装提出很高要求，若误差太大，则会造成更多溢流小管酸流分配不均及更多的断流管，这些情况都会使酸雾沫增加或加剧溢流小管的摩擦腐蚀。在冶炼和硫磺制酸企业，分流的溢流小管使用在2年左右就不同程度的腐蚀报废，造成系列投入及停产前的设备环境损坏。溢流入口分流较慢（0.1m/s），容易结酸垢阻孔和加大小管的断流。若烟气中杂质多或循环槽沉淀过滤差时，杂物会进入酸槽沉积，不及时清理即造成槽内缓冲效能降低或清理难度增加，甚至堵孔。槽管式分酸器的酸液是通过进酸管直接冲入酸槽的，这种方式使得分酸槽内酸液动能较大，槽之间的液面差距加大，即形成整体分酸点流量更加不均。

5.干吸塔中的填料（瓷环或硅整），在装填时或使用中会造成破损，使在槽底分酸或液面溢流分酸的分酸器，碎瓷环都会随着酸液沉积在分流的小管口上或槽内或浮阻在分流口上，増加了酸液的分流不均，甚至一些堵死造成液泛，增加了瓷环破损，影响分流效果。另外在制酸生产中，因各种烟气纯度的原因会产生酸泥，沉积在酸槽内或形成堵塞或直接影响填料的有效湿润面积和传质效率。

6.由于初始的酸流分配误差叠加，导致分酸溢流小管流量不均，塔体得不到充分利用，从而需要保持传统的塔高，这即增加了设备及施工投入，酸泵需要把酸抽到更高的塔位，同时也增加了设备的功耗及长期的运行费用。此外由于酸液流出的不稳定及不可控影响，使酸流对填料的湿润不充分，使气液吸收不佳，干燥后气体水分含量过高，SO2气体外泄，对环境不利。同时以往分酸器在运行中，由于不锈钢内某元素会跟浓硫酸直接化学反应及酸液的急流磨蚀原因，导致装置的节流孔板及溢流小管时间使用不长，逐使分酸点的流量渐而误差增大至停厂更换，途中导致夹带出酸雾沫或稀酸气泡腐蚀管路，使关联设备损耗加剧。

针对上述系列问题，CN201420171713.X一种用于浓硫酸制酸生产的三路主管的高效管式分酸器，虽然结合了流体力学相关设计，但只停留在一种说法上，并没有考虑到现实问题和误差因素，从而最终解决方案不能消除相关问题。专利CN201520345077.2高效管式分酸器江苏奥祺晨特种金属材料集团有限公司的用于管道式分酸器的改进技术，虽然采取了线性管路的分布设计，采用多级管路及各管路接口设计也有一定改善，但是并没有很好的结合流体力学相关数据进行实际情况的模拟验证，只是限于经验层面，加之是线性分流，各分流位的误差叠加后，使对应两方流量误差加大，效果不佳。但这类改进措施相关依据是：在设计高效分酸器中，根据干燥塔系统的操作参数，采用相关数据，对分酸器的管路进行设计，主要是在分酸主管、支管的数量、位置、分酸点直径、数目进行了相关的计算。这样做，在一定程度上也解决了传统分酸器所存在的一点问题，但依然未能解决最实质的稳流、均流，主要体现为：经过技术改进的分酸装置，在设计和制备过程中虽然严格遵照各级支路全部横截面充满酸液，即满足公式： S_{主管横截面积} ×V_主管流速=S_{支管横截面积}×M_支管数目×V_支管流速，虽然是严格按照流体力学相关技术和公式进行设计，但在实际使用中，并没有有效的考虑到现实中各种可能存在的各类异常情况和各种扰动因素对整个酸流系统的分流影响，这些因素作用导致了管路系统的特性和压力、酸液压头的分布并不能严格遵循流体力学相关理论，从而导致了一系列的问题，对制酸效率和生产稳定产生了影响，也导致了设备能耗的增加和加快磨蚀损耗。表现出的实际问题如下：

1.理论上在纯几何压头和静压头作用下，各分酸孔处的酸液压头分布相对实际更均匀，而在有上述若干因素作用时，在不同分流处、对接处、转角处、分流的对位处，会对酸流产生严重的湍流及回流。加之分酸平衡末端的回流问题，致使酸压头的分布向过于集中，各分酸孔压头不等使酸孔的出酸量差别加大，导致酸流难以在装置内形成稳流、均流分配，同时也加快损坏了装置的平衡。针对该类问题专利申请号为CN201320180206.8的分酸器材质改进技术，采用不锈钢作为管材，在管道连接处进行相关加固，便于安装，来降低设备损耗，但是没有考虑到高浓度硫酸对管路的冲刷摩擦腐蚀及针对某元素的化学反应腐蚀等作用，而针对管路内部的湍流、点分布少、分酸点出口会快速扩大使其分流更不均等没有做任何改进。更换的频率高导致停产成本太高，损耗只是得到一定缓解，所以依然是极不完善的技术。申请号为CN201020278650.X的管式分酸器末端出酸口结构改进技术，通过设置具有一定结构和可以调节径向的组件解决分酸不均匀的问题，但是忽略了分酸器进液量的稳定，要求末端出口流量均匀的问题，而且管式分酸器内部分酸不均匀的主要影响因素是酸流流动导致的，这个问题没有解决，只是改变了出口的最大出酸量，效果不明显，而且这样操作，会导致该结构容易被磨蚀损耗，活动组建比较多，形成了更多点不到位的盲区，常产生腐蚀扩口导致分流误差增大。这些会导致设备损耗加快和维护成本上升。其他的相关改进措施还有改变管腔的形状，比如专利申请号为CN200920193683.1的管式分酸器管路形状改进技术，采用矩形管，这种技术有加工方便的优点，但是没有经过流体力学的科学计算，占塔截面积较大，矩形管的使用，其形成的是线性状分布，点流量分布不均且出口酸液易散并形成雾沫，大小管在直角处会产生较大的湍流和紊流，且在直角处流量并没有减少，一定程度上增大了分酸的不均匀性。没有起到减少酸沫和降低排放的效果。

2.槽管式分酸器在使用中槽内采用不锈钢缓冲挡板（缓流板）和同时采用溢流小管对浓流酸进行槽内到槽外的分流，用其材料自身所形成的各种保护膜或一些采用阳极保护等来保证其材料的正常使用，都是不适合的。其原因是装置运行中，酸流集中度过高，挡板处圆孔形成急流，摩擦腐蚀加快，同时在使用中的不锈钢溢流小管、其酸液失重（重力+速度）冲刷摩擦的磨蚀、腐蚀及失重形成的空管或自身空管原因，材质自身的保护膜或电化学保护也是无法起到良好效果的，一些位置的保护反倒还加快了材料的损耗，加之材质内某元素会直接跟浓酸作用，已在加快材质本身的晶尖腐蚀。再之是在以往槽式分酸器运行中需要不断对缓流挡板进行更换，这样极不利于设备的连续生产。因挡板在槽式分酸器的酸槽内，处在塔体较高的塔内位置，出需停产外，拆卸安装工序特别复杂，要耽误很多时间，且极大的增加了人力和设备的维护费用，也不利于系统的稳定生产。专利申请号为CN201520784718.4用于管槽式分酸器技术改进，虽然该技术通过结构优化在一定程度上略改善了槽式分酸的均匀性，但是作为受失重冲刷磨蚀的溢流小管依然无法避免浓酸的摩蚀及不锈钢内含有的Mo元素专与浓硫酸作用的化学腐蚀所导致的提早报废，且小管结构多样化，布点均分差及盲区大等，而且溢流小管在不同高度、不同弯曲角度及长度形成的自身分流不均缺陷是显而易见。再之，在压力高低波动的酸液面上分流及有壁端效应的槽内的溢流口也是无法解决其流量不均的问题的。

3.槽式分酸器虽然在槽周边采用不同长度的溢流小管布酸，希望在各溢流出酸口的酸液量和压头一致，但由于进酸主管上分流的下冲酸液时刻都在冲击着槽内酸液，使酸槽内依然存在非常明显的酸流波动现象，而为了保证末端出口压头尽量小，溢流小管槽内出口一般都设置在槽页面附近，这样每根出口的溢流量时刻都受槽壁的回流效应影响，流量和压头都在变动和不稳定中，压头也没有有效降低，酸流不间断的出现集中区域，使其各溢流口分流不均和槽内激起酸沫，也导致了分酸设备不能得到充分的利用。专利申请号为CN200920037702.1的槽式分酸器采用了电化学阳极保护，想用于解决设备损耗快的问题，但是该保护机制只适用于硫酸静止的腐蚀状况，对于冲刷中的磨擦腐蚀和酸液失重形成的空管及本身就不会满管的空管是没有好的保护效果的，而且槽式分酸固有的流量不均及点不均分（盲区）情况没有得到根本的解决，还增加了设备的能耗和维护成本，胜至还会加剧材料的腐蚀。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种使用寿命长，分酸孔的酸液压力及流量均衡、稳定的硫酸均布方法，与此同时本发明还提供了一种实现硫酸均布方法的分酸器。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硫酸均布方法，采用预分布腔体，在预分布腔体的下方设置与其连通的分酸主部件，并在分酸主部件上设置若干等高的分酸支管；将预分布腔体、分酸主部件的腔体及分酸支管的腔体连接形成一个密闭的酸液通道，仅在预分布腔体上设置酸液入口，在分酸支管的下部均布设置酸液出口；且使预分布腔体的流通截面、分酸主部件的总流通截面以及分酸支管的总流通截面均大于酸液入口截面，通过控制酸液的流量，使酸液在预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内形成不充满状态，并排出酸液未充满空间内的部分空气，使该部分空间形成负压，实现各酸液出口排出酸液的稳流均布。

优选的是，采用真空泵排出预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内的部分空气。

一种实现上述方法的分酸器，包括预分布腔体、分酸主部件以及若干分酸支管；所述预分布腔体上设置酸液入口，所述分酸支管的下部设置有若干酸液出口；所述分酸主部件位于预分布腔体下方且与预分布腔体连通，所述分酸支管等高连接于分酸主部件，使各酸液出口位置高度相同；所述预分布腔体的流通截面、分酸主部件的总流通截面以及分酸支管的总流通截面均大于酸液入口截面。

优选的是，所述预分布腔体为管体、箱体或筒体。

优选的是，所述预分布腔体为多根连通的管体。

优选的是，所述预分布腔体上部设置有排气管，所述排气管上连接有阀门及真空泵。

优选的是，所述预分布腔体上端设置有吊耳。

优选的是，所述酸液出口上连接有出酸管。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、在分酸器的预分布系统、分酸主部件和支管部分，经过大量的实验研究及技术改进，增加了匹配的内空截面，使得流经的酸液在开始时不充满内腔，这样整个系统在减、增50%酸流或电机功率不稳定等所产生的压头波动、都能被已形成的负压彻底消除，只剩下酸流页面处所产生的流纹波动，且波动不明显，对酸液面下的酸流压头分布并不影响，从而液面以下层面的层流压头分布十分稳定，分酸点分流量特别均匀。

2、在预分布系统和分酸主部件内，由于科学合理的増大了过流部件的截面比例，使酸流通过后智能的形成了真空负压，产生不充满及理想缓流，非常好的规避了湍流状况，在流体力学上，是理想的缓稳流分布，酸流压头受流体本身粘度影响程度低，压头分布更加均匀稳定，非常吻合伯努利方程，消除了液体在转角处的急回流和系统内的湍流等因素对装置的额外损耗。

3、酸液正常流经分酸器后，各接口处液体层流压头相对满流、损失减少，有利于减少不必要的设备功率损失，酸泵电机只需考虑每秒供给的流量，方便管理，设备运行更加稳定。

4、预分布系统、分酸主部件及支管采用密封处理，对通道内腔各层气体压强会自动有效进行平衡，酸液通过时可有效溶解并带走空气，使装置内处于负压均布平衡状态，这样所采用的截面増加设计，在真空负压下，腔体内部压强受到的外部温度或大气压变化所引起的内部酸液压头变化完全可以规避，使整个酸流能更好的贴近理想状况，而且在企业的设备生产中，难免的可能产生各类震动，采用该运用的发明设计，可以在近缓流情况下，避免外部震动因素对酸液流动的干扰。

5、由于装置内的酸流扰动因素被极大的避免或消除，至使布酸点更加均流稳定，更加符合理想状况下多分流口路线的出酸压头和出酸量理论计算公式，而在理想状况下，根据有限元模拟方法可以计算。单进一步加入末端回流和其装置两端进出酸的情况，理论计算各分酸点压头分布依然均匀，呈振幅非常小的正玄波动，而实际该装置在运行中，测得的分酸点出口压头分布形成很好的贴近理想状况，说明该技术创新行之有效。

6、经长期大量的实验研究得知，真空负压在装置内是连通、均衡的，所以装置内用负压调流稳流均流，是很科学的，也是很适合于各种大小塔径均匀分酸的。其出酸点比槽管式的溢流小管酸液失重叠加冲力小一倍左右，雾沬成倍减少，干燥后的so₂气体水分超低。加之负压效应使末端分酸口的酸流和压头分布稳定，没有过急的酸流也没有酸液压头集中分布的情况，所以相比其它布酸器而言，提高了吸收率，不易产生污染气体，装置环保且损耗低，寿命长。

7、分酸器采用了负压运用发现的思路，全密封的系统环境产生了虹吸效应牵引，而酸泵是在大气压环境下运行，故此该负压的运用发明有效降低了酸泵所需要输送的压头，降低了扬程，使酸泵的电机功耗减小。加之，装置的占位高度较低，使其再一次又降低了酸泵扬程，达到了节电目的。同时还可以充分减小干吸塔的尺寸，降低设备的整体投入，提高产量。

8、采用负压运用发明的结构精细化设计后，分酸器腔体内酸液压力分布均匀稳定，流动缓和没有急湍流，酸流对设备的冲刷腐蚀减少，可以有效增加装置的使用寿命，提高其几何受力强度。在提高生产效率的同时，还减少了一些加工工序及安装难度和总量，如减少部分支管，增加了便捷的延伸小管，使装置从原占塔截面55%左右降至35%左右，由于正压变负压结构，法兰连接螺栓可减少30%等等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中A-A的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种硫酸均布方法，采用预分布腔体，在预分布腔体的下方设置与其连通的分酸主部件，并在分酸主部件上设置若干等高的分酸支管；将预分布腔体、分酸主部件的腔体及分酸支管的腔体连接形成一个密闭的酸液通道，仅在预分布腔体上设置酸液入口，在分酸支管的下部均布设置酸液出口；且使预分布腔体的流通截面、分酸主部件的总流通截面以及分酸支管的总流通截面均大于酸液入口截面，通过控制酸液的流量，使酸液在预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内形成不充满状态，并排出酸液未充满空间内的部分空气，使该部分空间形成负压，实现各酸液出口排出酸液的稳流均布。

其中，采用真空泵排出预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内的部分空气。

图1-2所示的分酸器，包括预分布腔体1、分酸主部件2以及若干分酸支管3；所述预分布腔体1上设置酸液入口，所述分酸支管3的下部设置有若干酸液出口；所述分酸主部件2位于预分布腔体1下方且与预分布腔体1连通，所述分酸支管3等高连接于分酸主部件2，使各酸液出口位置高度相同；所述预分布腔体1的流通截面、分酸主部件2的总流通截面以及分酸支管3的总流通截面均大于酸液入口截面。

其中，本实施例的预分布腔体1为多根连通的管体，显然所述预分布腔体1也可以为单根管体、箱体或筒体等，具体根据使用需求合理选用。

其中，所述预分布腔体1上部设置有排气管4，所述排气管4上连接有阀门5及真空泵6，可快速排出预分布腔体1、分酸主部件2以及分酸支管3内的部分空气，使预分布腔体1、分酸主部件2以及分酸支管3内形成负压。

其中，所述预分布腔体1上端设置有吊耳8，便于分酸器的吊装。

其中，所述酸液出口上连接有出酸管7，使酸液的流出点分布更均匀。

本实施例的分酸支管3布置成圆形，显然也可以是矩形或椭圆形等。显然也可以在分酸主部件2的下部设置酸液出口并连接出酸管7，确保出酸点的均布。当然酸液出口也可以不在一个高程上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硫酸均布方法，其特征在于：采用预分布腔体，在预分布腔体的下方设置与其连通的分酸主部件，并在分酸主部件上设置若干等高的分酸支管；将预分布腔体、分酸主部件的腔体及分酸支管的腔体连接形成一个密闭的酸液通道，仅在预分布腔体上设置酸液入口，在分酸支管的下部均布设置酸液出口；且使预分布腔体的流通截面、分酸主部件的总流通截面以及分酸支管的总流通截面均大于酸液入口截面，通过控制酸液的流量，使酸液在预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内形成不充满状态，并排出酸液未充满空间内的部分空气，使该部分空间形成负压，实现各酸液出口排出酸液的稳流均布。

2.根据权利要求1所述的硫酸均布方法，其特征在于：采用真空泵排出预分布腔体、分酸主部件及分酸支管内的部分空气。

3.一种实现权利要求1方法的分酸器，其特征在于：包括预分布腔体、分酸主部件以及若干分酸支管；所述预分布腔体上设置酸液入口，所述分酸支管的下部设置有若干酸液出口；所述分酸主部件位于预分布腔体下方且与预分布腔体连通，所述分酸支管等高连接于分酸主部件，使各酸液出口位置高度相同；所述预分布腔体的流通截面、分酸主部件的总流通截面以及分酸支管的总流通截面均大于酸液入口截面。

4.根据权利要求3所述的分酸器，其特征在于：所述预分布腔体为管体、箱体或筒体。

5.根据权利要求3所述的分酸器，其特征在于：所述预分布腔体为多根连通的管体。

6.根据权利要求3-5任一所述的分酸器，其特征在于：所述预分布腔体上部设置有排气管，所述排气管上连接有阀门及真空泵。

7.根据权利要求3-5任一所述的分酸器，其特征在于：所述预分布腔体上端设置有吊耳。

8.根据权利要求3-5任一所述的分酸器，其特征在于：所述酸液出口上连接有出酸管。