CN109502557B - 一种硫酸提浓设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种硫酸提浓设备及方法，包括提浓塔，提浓塔的塔体的顶部设有气相出口、中部设有液相入口，底部设有液相出口，下端设有多个气相入口，提浓塔内包括位于下部的提馏段和位于上部的精馏段，精馏段中上下间隔设有多个玻璃管换热器，多个玻璃管换热器的壳程连接在精馏段中，外部热空气气源将热空气由气相入口输入提浓塔中对稀硫酸进行气提，提馏段中的工艺气在精馏段中的多个玻璃管换热器的壳程中形成全回流。本发明装置占地面积小，环保指标高，提浓效果佳。

Description

一种硫酸提浓设备及工艺

技术领域

本发明涉及工业稀硫酸提浓技术领域。更具体地说，本发明涉及一种硫酸提浓设备及工艺。

背景技术

根据硫酸/水物性数据，液相中硫酸浓度达到89％(w)时，气相中硫酸浓度约为2.5％(w)，液相中硫酸浓度为98.3％(w)时，硫酸和水会形成共沸物。目前常用的硫酸提浓方法为平衡闪蒸提浓法，其原理是在提浓塔内设有提馏段，液相有提浓塔顶的进料口提供，通过给塔釜加热，并依靠液环泵或蒸汽抽空器产生负压，并通过负压来改变气相中水的分压，进而对提浓塔内的稀硫酸进行提浓，但是负压受冷却水温度影响很大，提浓的效果不佳，且气相由塔釜加热产生，塔釜加热管直接与高温浓硫酸接触易受到腐蚀，且还需要设置另外的设备设施处理气相中带走的硫酸，进而造成硫损失，很难得到浓度97％(w)及以上的硫酸。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产高浓度硫酸，装置占地面积小，环保指标高的硫酸提浓设备和工艺

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种硫酸提浓设备，包括提浓塔，所述提浓塔的顶部设有气相出口，下端设有气相入口，中部设有液相入口，底部设有液相出口，所述提浓塔内包括位于所述液相入口下方的提馏段和位于所述液相入口上方的精馏段，所述精馏段上设有至少一个玻璃管换热器，每个所述玻璃管换热器均包括壳程和管程，多个所述玻璃管换热器的壳程上下叠放设置在所述提馏段上，多个所述玻璃管换热器的管程中均设有流动冷媒，外部热空气气源与所述气相入口连通，并向所述提浓塔内部供气。

进一步，所述外部热空气气源包括进风风机和空气加热器，所述进风风机与所述空气加热器连通，以向所述空气加热器鼓风，所述空气加热器与所述气相入口连通，以向所述提浓塔内部输送热空气。

进一步，多个所述玻璃管换热器的管程由上至下依次串联，所述进风风机的出风口与所述提浓塔最上端所述玻璃管换热器的进风口连通，所述提浓塔最下端所述玻璃管换热器的出风口与所述空气加热器的进风口连通。

进一步，所述提浓塔内部设有PFA内衬层。

进一步，所述提浓塔内的顶部设有静电除雾器。

进一步，还包括成品回收系统，所述成品回收系统包括液相排出管道、硫酸缓存罐、浓硫酸冷却器和硫酸泵，所述液相排出管道一端与所述液相出口连通，另一端与所述硫酸缓存罐的进料口连通，以将所述提浓塔内成品硫酸导入所述硫酸缓存罐中，所述浓硫酸冷却器的进料口与所述硫酸缓存罐的出料口连通，所述浓硫酸冷却器的出料口通过一条管道与所述硫酸泵连通，且通过另一条管道与所述液相排出管道连通。

本发明还涉及一种硫酸提浓工艺，具体为：热空气气源将热空气由提浓塔下端的气相入口输入提浓塔内，在提浓塔提馏段中与液相入口输入的稀硫酸逆向接触进行气液传质传热，由提馏段上升至精馏段的工艺气在多个玻璃管换热器中形成全回流，上升的气相在提浓塔顶部经静电除雾器去除气相中夹带的酸雾，然后排出，提浓后的成品硫酸由液相出口导出，经冷却后送出存储。

进一步，所述热空气气源提供的空气温度为260-320℃。

进一步，所述成品硫酸经浓硫酸降温设备降温至35-40℃后，导出至存储罐中存储。

进一步，所述成品硫酸的浓度不低于96％。

本发明的有益效果是：

1)提浓塔具有提馏段和精馏段，提馏段采用热空气在填料进行气液传质传热，精馏段采用玻璃管冷凝器提供全回流，有效的增强了硫酸的提浓效果。

2)总硫回收效率高：提馏段通过采用先进的玻璃管冷凝器形成全回流，进一步进行气液传质传热，提浓塔顶设置静电除雾器脱除夹带的硫酸雾，尾气中酸雾小于5mg/Nm3(基于3％的氧含量)，硫损失更小。

3)操作条件更缓和：提馏段采用热空气气提，气相水分压通过气提热空气量控制，降低气相中水蒸汽和气态分压，显著降低产品硫酸的露点温度，产品酸的露点温度可低至230℃左右。

4)装置占地面积小：采用高效的冷凝装置，系统布置紧凑合理，占地面积小。

5)能耗和环保指标高：采用精馏段玻璃管换热器管程预热气提用空气，回收装置热量，降低装置能耗；采用湿法静电除雾器控制酸雾到小于5mg/Nm3。

采用本发明的工艺建成的工业装置，可生产高浓度硫酸，装置占地面积小，环保指标高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的一种硫酸提浓设备及工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明的实施例提供一种硫酸提浓设备，包括提浓塔1，在提浓塔1的顶部设有气相出口，其塔体的下端设有多个气相入口，其塔体中部设有液相入口，其底部设有液相出口，气相出口与排风风机13连接并连通，排风风机13与烟囱14连通，以将气相出口排出的气体导入到烟囱14中排出，提浓塔1内包括位于液相入口上方的精馏段和位于液相入口下方的提馏段，精馏段包括上下间隔设有多个玻璃管换热器3，多个玻璃管换热器3的壳程相互连通，且最下端玻璃管换热器3的壳程与提馏段连通，最上端玻璃管换热器3的壳程与气相出口连通，多个上下间隔的玻璃管换热器3的管程由上至下依次串联，且在多个玻璃管换热器3的管程中均流动有用于热交换的冷媒，冷媒可为水或者冷空气，或者其他冷媒，液相进料管道4沿液相入口伸入提浓塔1内，液相进料管道4与外接稀硫酸存储罐连接并连通，液相进料管道4上设有将稀硫酸泵入提浓塔1内的泵体，所述提馏段的顶部设有多个喷头5，多个喷头5均与液相进料管道4连通，多个喷头5的下方的提浓塔1内上下间隔设有多个填料床层6，在提浓塔1的侧壁下端设有多个与其提馏段内部连通的气相入口，其中在提浓塔的最下端设有一气相入口，在任意两个相邻的填料床层6之间也设有一气相入口，多个气相入口均通过连接管道与外部热空气气源连通。

外部热空气气源包括进风风机7和空气加热器8，进风风机7的出风口与空气加热器8的进风口连通，空气加热器8的出风口通过连接管道分别与提浓塔1下端的多个气相入口连接并连通。

进一步，多个玻璃管换热器3的管程由上至下依次串联，最上端的玻璃管换热器3的管程入口与进风风机7的出风口连通，最下端玻璃管换热器3的管程出口与空气加热器的进风口连通，用冷空气在多个玻璃管换热器3的管程中与玻璃管换热器3的壳程进行换热，对冷空气进行预热，同时对其壳程内的工艺气进行冷却，使之形成回流。

进一步，在提浓塔1的内部均内衬有PFA塑料层，有效的防止热硫酸对提浓塔1塔体的腐蚀。

进一步，在提浓塔1精馏段的顶部设有祛湿除雾用的静电除雾器2，静电除雾器2用于除去气相中的酸雾，使得排出的气体中的酸雾到小于5mg/Nm3。

进一步，还包括成品回收系统，成品回收系统包括液相排出管道9、硫酸缓存罐10、浓硫酸冷却器11和硫酸泵12，液相排出管道9的一端与提浓塔1底部的液相出口连通，另一端与硫酸缓存罐10连通，以将提浓塔1内的成品硫酸导入至缓存罐10中缓存，缓存罐10上设有输出管道，输出管道与浓硫酸冷却器11的进料口连通，浓硫酸冷却器11将经过其的热浓硫酸进行冷却降温，浓硫酸冷却器11的出料口连通有两根连接管道，其中一连接管道与硫酸泵12连接并连通，硫酸泵12通过管道与外部的浓硫酸存储设备连通，以将冷却后的浓硫酸转移至浓硫酸存储设备中储存，另一与浓硫酸冷却器11的出料口连通的连接管道与液相排出管道9连通，并与液相排出管道9中排出的热浓硫酸混合，以对热浓硫酸进行冷却，混合后的硫酸沿管道导入至缓存罐10中缓存。

一种硫酸提浓工艺，应用上述硫酸提浓设备，用于将浓度为40-90％的硫酸提浓至96％以上，装置规模为1.84万吨/年，原料为73％(w)的稀硫酸，

环境空气通过进风风机7升压后，由最上端的玻璃管换热器3的管程入口导入，并依次经过多个由上至下依次串联的玻璃管换热器3的管程后，冷空气被预热至120-160℃，然后被预热后的空气导入至空气加热器8中继续加热至260-320℃，经过升压升温后的空气从提浓塔1底部的多个气相入口导入至提浓塔1内；

73％的稀硫酸从提馏段顶部的液相进入管道4中进入，并经过多个喷头5向下喷入提浓塔1内，向下的稀硫酸与由提浓塔1气相入口进入的热空气逆向接触，并在提浓塔1的提馏段中的多个填料床层6上进行传质传热；

完成传质传热的工艺气向上运动至精馏段中，在精馏段中的多个玻璃管换热器3的壳程中进行冷却，并形成液相全回流，将通过多个玻璃管换热器3管程的冷空气加热至120-160℃；

在多个玻璃管换热器3壳程中经过换热后冷却的液相以全回流的形式与上升的气相进行气液传质传热，被进一步提浓；

通过多个玻璃管换热器3后的气相进入精馏段的上端，并在静电除雾器2的作用下除去酸雾，然后气相由排气泵13抽出至烟囱14中，并沿烟囱14排出；

经过提浓塔1提馏段得到的提浓浓硫酸温度为230℃，提浓后的热浓硫酸经液相出口排出至硫酸缓存罐10中，并通过浓硫酸冷却器11冷却降温至35-40℃，经过浓硫酸冷却器11冷却后的冷浓硫酸一部分通过硫酸泵导入至外部硫酸存储罐中存储，另一部分通过管道导入至与液相出口排出的热浓硫酸混合后一起导入硫酸缓存罐10中。

采用本实施例生产的硫酸产品指标达到：

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例/实施例。

Claims (10)

1.一种硫酸提浓设备，其特征在于，包括提浓塔(1)，所述提浓塔(1)的顶部设有气相出口，下端设有气相入口，中部设有液相入口，底部设有液相出口，所述提浓塔(1)内包括位于所述液相入口下方的提馏段和位于所述液相入口上方的精馏段，所述精馏段上设有至少一个玻璃管换热器(3)，每个所述玻璃管换热器(3)均包括壳程和管程，多个所述玻璃管换热器(3)的壳程上下叠放设置在所述提馏段上，多个所述玻璃管换热器(3)的管程中均设有流动冷媒，外部热空气气源与所述气相入口连通，并向所述提浓塔(1)内部供气。

2.根据权利要求1所述的一种硫酸提浓设备，其特征在于：所述外部热空气气源包括进风风机(7)和空气加热器(8)，所述进风风机(7)与所述空气加热器(8)连通，以向所述空气加热器(8)鼓风，所述空气加热器(8)与所述气相入口连通，以向所述提浓塔(1)内部输送热空气。

3.根据权利要求2所述的一种硫酸提浓设备，其特征在于：多个所述玻璃管换热器(3)的管程由上至下依次串联，所述进风风机(7)的出风口与所述提浓塔(1)最上端所述玻璃管换热器(3)的进风口连通，所述提浓塔(1)最下端所述玻璃管换热器(3)的出风口与所述空气加热器(8)的进风口连通。

4.根据权利要求1所述的一种硫酸提浓设备，其特征在于：所述提浓塔(1)内部设有PFA内衬层。

5.根据权利要求1所述的一种硫酸提浓设备，其特征在于：所述提浓塔(1)内的顶部设有静电除雾器(2)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种硫酸提浓设备，其特征在于：还包括成品回收系统，所述成品回收系统包括液相排出管道(9)、硫酸缓存罐(10)、浓硫酸冷却器(11)和硫酸泵(12)，所述液相排出管道(9)一端与所述液相出口连通，另一端与所述硫酸缓存罐(10)的进料口连通，以将所述提浓塔(1)内成品硫酸导入所述硫酸缓存罐(10)中，所述浓硫酸冷却器(11)的进料口与所述硫酸缓存罐(10)的出料口连通，所述浓硫酸冷却器(11)的出料口通过一条管道与所述硫酸泵(12)连通，且通过另一条管道与所述液相排出管道(9)连通。

7.一种硫酸提浓工艺，其特征在于：热空气气源将热空气由提浓塔下端的气相入口输入提浓塔内，在提浓塔提馏段中与液相入口输入的稀硫酸逆向接触进行气液传质传热，由提馏段上升至精馏段的工艺气在多个玻璃管换热器中形成全回流，上升的气相在提浓塔顶部经静电除雾器去除气相中夹带的酸雾，然后排出，提浓后的成品硫酸由液相出口导出，经冷却后送出存储。

8.根据权利要求7所述的一种硫酸提浓工艺，其特征在于：所述热空气气源提供的空气温度为260-320℃。

9.根据权利要求7所述的一种硫酸提浓工艺，其特征在于：所述成品硫酸经浓硫酸降温设备降温至35-40℃后，导出至存储罐中存储。

10.根据权利要求7所述的一种硫酸提浓工艺，其特征在于：所述成品硫酸的浓度不低于96％。

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