CN109775728A - 变径碳化塔的进气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变径碳化塔的进气装置，所述进气装置包括延伸至碳化塔中的主进气管道、沿主进气管道轴向呈层状均匀分布的多个分支气管、设于碳化塔底部的吹气装置，所述分支气管上均匀分布有多个喷头，自喷头排入碳化塔中的气体在吹气装置的作用下呈螺旋式上升；本发明提供的碳化塔的进气装置，提高了排入碳化塔中气体分布的均匀性，自喷头排出的气体不直接冲击设置于进气装置上方的换热水箱，减少了对换热水箱中的管束的冲击磨损，提高了设备的使用寿命。

Description

变径碳化塔的进气装置

技术领域

本发明涉及一种变径碳化塔的进气装置，属于化工装备技术领域。

背景技术

目前国内最为常用的制碱方法是侯氏制碱法和索尔维法。这两种方法都是利用氨盐溶液来吸收二氧化碳，碳化塔上方通入氨盐溶液，下方通入二氧化碳气体，反应生成碳酸氢钠，最后加热分解的到碳酸钠。碳化塔由上至下可以分为三个部分，分别为吸收区、冷却区、和结晶区。在上部吸收区通入氨盐溶液，初步吸收来自底部的二氧化碳气体，但此时并没有碳酸氢钠晶体析出。在结晶区域内，开始析出碳酸氢钠晶体，并进一步吸收二氧化碳。在碳化塔的底部，也就是冷却区域内出现大量的结晶体。整个反应过程对温度的要求极其严格。温度过低，氨盐溶液无有效的吸收来自底部的二氧化碳气体。温度过高，碳酸钠又会受热分解为碳酸氢钠。所以，在塔的内部均匀分布水箱，将塔内大量的热量移出塔内，使塔内的温度保持在60～65℃，来维持反应正常有效的进行。

目前我国的纯碱产量约为30000kt/a，同时我国对制碱工业的产量要求和质量要求越来越高，优质的碳化塔已经成为制碱和生产化肥厂家必不可少的装备，碳化塔进气装置是碳化塔的核心装置之一，二氧化碳气体通过进气装置进入碳化塔，和铵盐溶液进行反应。现有碳化塔的进气装置存在进气不均匀，进气时气体对水箱中的换热管产生的冲击大，易使换热管局部变形的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变径碳化塔的进气装置，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供了一种变径碳化塔的进气装置，包括设置于碳化塔底部的吹气装置，延伸至碳化塔中的主进气管道、分别与所述主进气管道相连通的多个分支气管，所述分支气管沿主进气管道轴向呈层状均匀分布于所述碳化塔内；

进一步的，所述装置还包括用于连通主进气管道和分支气管的连通管道；

所述分支气管上设置有用于安装喷头的进气喷口，各所述分支气管上均匀分布有多个喷头；

同一层的分支气管上的喷头的中心线，与以主进气管道横截面中心为原点的圆相切，所述圆的半径大于主进气管道的半径，自所述喷头排入碳化塔内的气体，在所述吹气装置的作用下呈螺旋式上升。

所述喷头包括前部端盖、中部管道、后部管道；

所述后部管道和分支管道连接，所述中部管道设有弹簧，所述弹簧支撑有带阶梯孔的圆形气体分布板，所述前部端盖的底部连接有支撑柱，所述圆形分布气体分布板通过支撑柱和所述前部端盖的底部连接；

旋转前部端盖按压支撑柱，使所述圆形气体分布板上下移动，从而调节进气量。

进一步的，所述圆形气体分布板开设有多个阶梯状通孔，所述阶梯状通孔内套放有气体喷嘴。

进一步的，所述前部端盖的底部开设有用于安装支撑柱的第一安装孔。

进一步的，所述前部端盖开设有多个喇叭形进气口，所述喇叭形进气口的变径处设有用于使反应过程中孔口处淤积的晶体随孔口坡度自动滑落的圆弧过渡段。

进一步的，所述圆形气体分布板的边缘上下两侧分设有用于安装支撑柱的第二安装孔和用于安装弹簧的第三安装孔。

优选的，前部端盖通过螺纹和中部管道可拆卸连接，中部管道通过螺纹和后部管道可拆卸连接。

本发明提供的一种变径碳化塔的进气装置，所述进气装置的主进气管道连通有层状分布的多个分支气管，增大了单位时间内的进气量，提高了碳化塔内气体分布的均匀性，提高了传质、传热的有效表面，改善相见接触，提高了碳化塔的进气效率；分支气管上设置有多个喷头，喷头排出的气体在设置于碳化塔底部的吹气装置的作用下，形成螺旋式的上升气流，避免了对换热水箱中的管束的冲击磨损，提高了设备的使用寿命。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种变径碳化塔的进气装置的一种局部结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的另一种变径碳化塔的进气装置的一种局部结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种变径碳化塔的进气装置和换热水箱的机构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的喷头的分解状态的结构示意图；

图5是根据本发明实施例提供的圆形气体分布板的一种结构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的圆形气体分布板的另一种结构示意图；

图7是根据本发明实施例提供的圆形气体分布板上阶梯状通孔的排布示意图；

图8是根据本发明实施例提供的阶梯状通孔的结构示意图；

图9是根据本发明实施例提供的阶梯状通孔和喷嘴的组装结构示意图；

图中：1、法兰；2、分支气管；3、主进气管道；4、连接管道；5、喷头；6、前部端盖；7、支撑柱；8、中部管道；9、弹簧；10、圆形气体分布板；11、后部管道；12、支撑柱安装孔；13、弹簧安装孔；14、换热管束；15、换热水箱；16、阶梯状通孔；17、喷嘴；18、密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，术语“上”、“下”、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而不是要求本发明必须以特定的方位构图和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例提供一种变径碳化塔的进气装置，所述装置包括设置于碳化塔底部的吹气装置，如图1和图2所示，进气装置还包括延伸至碳化塔中的主进气管道3、通过连接管道4和主进气管道3相连通的多个分支气管2，分支气管2沿主进气管道3的轴向呈层状均匀分布于碳化塔内；层状均匀分布的分支气管2增大了单位时间内的进气量，提高了传质、传热的有效表面，提高了通入碳化塔中二氧化碳气体分布的均匀性，提高了碳化塔的进气效率。

分支气管2上设有用于安装喷头的进气喷口，分支气管2通过进气喷口均匀安装多个喷头5；

根据如图3所示的碳化塔的进气装置的结构示意图，分支气管的围绕成圆形，主进气管道3位于分支气管围绕成的圆形的中间位置，每一层的分支气管上开设有12个进气喷口，通过的12个进气喷口安装12个喷头，12个喷头的中心线和以主进气管道截面中心为原点的圆相切，圆的半径大于主进气管道的半径；

二氧化碳气体自主进气管道3通过连接管道4进入分支气管2内，然后通过喷头排入碳化塔内；根据喷头5的排布，同一层分支气管的喷头喷出的气体方向在该层分支气管所在的平面内，以侧旋进气的方式进入碳化塔，然后在吹气装置的作用下，以侧旋进气方式进入碳化塔的气流呈螺旋式上升，主进气管道位于螺旋上升气流的中部；

应当理解的是，碳化塔内设置有换热水箱，如图3所示，换热水箱设在碳化塔进气装置的上方，根据上述喷头和分支气管的排布方法，喷头排出的气体避免直接喷向换热水箱中的管束，减小了气流对换热水箱中的管束的冲击磨；

和12个喷头的中心线相切的以主进气管道截面中心为原点的圆的半径约为分支气管围绕成的圆形的半径的三分之一，以避免螺旋上升的气流柱中部形成“空室”，避免因“空室”产生气流柱内外压强差，对碳化塔中的部件产生挤压。

如图4所示，进气装置的喷头包括前部端盖6、中部管道8、后部管道11，前部端盖6通过螺纹和中部管道8可拆卸连接，中部管道8通过螺纹和后部管道11可拆卸连接。

喷头的前部端盖6的顶部设有喇叭形的进气口，进气口的结构示意图如图4所示，进气口的口径自上向下减小，进气口的上部的两边有40°的坡度，在孔口的变径处设有圆弧过渡段，这种结构使在碳化塔的使用过程中淤积于孔口处的结晶体随孔口坡度自动滑落，防止进气口堵塞；

前部端盖的底部开设有4个安装孔，安装孔和支撑柱7的一端连接；喷头的中部管道中设置有如图6所示的圆形气体分布板10，圆形气体分布板的上侧设有用于安装支撑柱7的4个支撑柱安装孔12，支撑柱安装孔12和支撑柱的另一端连接，根据连接方法，前部端盖6和圆形气体分布板10通过4根支撑柱相连接；

如图5所示，圆形气体分布板10的下侧设有弹簧安装孔13，弹簧安装孔13和弹簧9的一端相连接，弹簧9的另一端和中部管道的变径处连接，根据连接方法，圆形气体分布板通过弹簧9支撑于中部管道内，支撑柱安装孔12和弹簧安装孔13的尺寸可调，使支撑柱安装孔12和弹簧安装孔13的尺寸与支撑柱7和弹簧9相适配；

如图6所示，圆形气体分布板10上开设有多个阶梯状通孔16圆形气体分布板10的直径和厚度根据实际生产情况调节，通过调节阶梯孔分布的间距S调节圆形气体分布板的开孔率。应当清楚的是，开孔率指圆形气体分布板的孔道面积与分布板的总面积之比，开孔率过低会造成飞温的现象，使分布板受热膨胀变形，影响进气均匀度；开孔率过高，加工过高，加工困难，费时费力。

如图7所示，相邻的三个阶梯状通孔16的排布呈转角正三角形，相邻的两个阶梯状通孔之间的间距可调；根据排布方法，让阶梯孔的布局紧凑，便于开孔率的调节，气流由后部管道进入，气体与分布板充分接触，有利于增大进气面积，保证单位时间内的进气量，流速也相对稳定。

如图8所示，阶梯状通孔由上下两个孔径不同的通孔组成，上下两部分的孔径的直径满足：

其中，I表示上部分通孔的长度，d表示上部分通孔的直径，L表示下部分通孔的长度，D表示下部分通孔的直径；采用上述尺寸要求的阶梯状通孔，可以保证长径比在最佳的范围内，确保压降平稳，避免在泄压的过程中会产生较高的压力，使气体流动产生湍流，发生产生爆炸。

如图9所示，阶梯状通孔16内套放有喷嘴17，喷嘴17由上下两部分组成，喷嘴17的各段孔直径和长度尺寸可调，通过调节喷嘴17的孔的直径和长度尺寸，来调节单位时间内的通气量，从而改变喷头管道中的气体流速，有效影响压降；

喷嘴17和阶梯状通孔之间设有密封圈，防止喷嘴17与阶梯通孔的接触缝隙漏气，喷嘴的上部呈倒Y字形，喷嘴孔道上窄下宽，防止结晶颗粒进入后部管道。如图9所示，根据喷嘴的内径不同，将喷嘴分为四部分，自上之下的内径分别以d1、d2、d3、d4表示，当气流在喷嘴中流动时，气体受到喷嘴阻力的阻力系数表示为

其中，f_i表示气流在喷嘴的第i部分受到摩擦力的摩擦系数；l_i表示喷嘴第i部分的孔的高度，其中I₃表示喷嘴第三部分孔高度的一半；d_i表示喷嘴第i部分孔的内径；喷嘴各部分的尺寸符合0.09<ξ<0.5，这样才能保证气体平缓的过渡，不会产生过大的压力降。

喷嘴17的下部上大下小，变径处满足：

当喷嘴上下两个部分同轴安装合在一起的时候，会在喷嘴中部形成一个“气室”，这可以短暂的储存气体，缓解后部气体对前部端盖的从机作用；同时也可以对前部的喷嘴起到一个气体补偿的作用，避免发生断气，使气体可以更加平稳的喷出。喷嘴上下尺寸可以根据分布锥孔的尺寸进行调节，但是要保持上述长径比和变径的关系。

后部管道11通过焊接的方法连接在分支气管的进气喷口上，后部管道和分支气管相连通；在一个例子中，后部管道的材质为镍合金。

本发明实施例提供的一种变径碳化塔的进气装置，进气装置的主进气管道连通有层状分布的多个分支气管，增大了单位时间内的进气量，提高了碳化塔内气体分布的均匀性，提高了传质、传热的有效表面，改善相见接触，提高了碳化塔的进气效率；分支气管上设置有多个喷头，喷头排出的气体在设置于碳化塔底部的吹气装置的作用下，形成螺旋式的上升气流，避免了对换热水箱中的管束的冲击磨损，提高了设备的使用寿命。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，比如，设于同一层分支气管上的喷头的数量包括但不限于12个，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述装置包括：设置于碳化塔底部的吹气装置，延伸至碳化塔中的主进气管道、分别与所述主进气管道相连通的多个分支气管，所述分支气管沿主进气管道轴向呈层状均匀分布于所述碳化塔内；

各所述分支气管上还均匀分布有多个喷头；

同一层的分支气管上的喷头的中心线，与以主进气管道横截面中心为原点的圆相切，所述圆的半径大于主进气管道的半径，自所述喷头排入碳化塔内的气体，在所述吹气装置的作用下呈螺旋式上升。

2.根据权利要求1所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述装置还包括用于连通主进气管道和分支气管的连通管道。

3.根据权利要求1所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述分支气管上设置有用于安装喷头的进气喷口。

4.根据权利要求1所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述喷头包括前部端盖、中部管道、后部管道；

所述后部管道和分支管道连接，所述中部管道设有弹簧，所述弹簧支撑有带阶梯孔的圆形气体分布板，所述前部端盖的底部连接有支撑柱，所述圆形分布气体分布板通过支撑柱和所述前部端盖的底部连接；

旋转前部端盖按压支撑柱，使所述圆形气体分布板上下移动，从而调节进气量。

5.根据权利要求4所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述前部端盖的底部开设有用于安装支撑柱的第一安装孔。

6.根据权利要求4所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述前部端盖开设有多个喇叭形进气口，所述喇叭形进气口的变径处设有用于使反应过程中孔口处淤积的晶体随孔口坡度自动滑落的圆弧过渡段。

7.根据权利要求4所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述圆形气体分布板的边缘上下两侧分设有用于安装支撑柱的第二安装孔和用于安装弹簧的第三安装孔。

8.根据权利要求4所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述前部端盖通过螺纹和中部管道可拆卸连接，中部管道通过螺纹和后部管道可拆卸连接。

9.根据权利要求4所述的变径碳化塔的进气装置，其特征在于，所述圆形气体分布板开设有多个阶梯状通孔，所述阶梯状通孔内套放有气体喷嘴。