CN112266003B - 一种联合制碱用纯碱碳化塔 - Google Patents

Abstract

本申请涉及纯碱生产加工设备技术领域，尤其涉及一种联合制碱用纯碱碳化塔，旨在解决碳酸氢钠高温溶液与二氧化碳的气、液混合不均匀，导致碳酸氢钠结晶产品质量差的问题，其技术方案的要点是：包括底座，底座上方设有塔底，塔底上方自下而上依次设有冷却段塔体、生成段塔体以及吸收段塔体，吸收段塔体上方设有塔顶，冷却段塔体、生成段塔体与吸收段塔体内设有塔板，塔板包括隔板，隔板上方设有半径自上而下逐渐增大的呈圆锥型的菌帽，菌帽上方设有布气装置。本申请具有使碳化塔中的碳酸氢钠高温溶液与二氧化碳混合均匀，提高制碱产物的生产质量的效果。

Description

一种联合制碱用纯碱碳化塔

技术领域

本申请涉及纯碱生产加工设备技术领域，尤其是涉及一种联合制碱用纯碱碳化塔。

背景技术

纯碱一般指碳酸钠，碳酸钠是一种无机化合物，分类属于盐但是不属于碱。纯碱在国际贸易中又名苏打或碱灰，是一种重要的无机化工原料，主要用于平板玻璃、玻璃制品及陶瓷釉的生产，除此以外在生活洗涤、酸类中和以及食品加工等领域中均有非常广泛的应用。

碳化工序是纯碱生产的关键环节，纯碱的合成都在碳化塔内进行，碳化塔的工作效率决定着纯碱的生产能力。在化工工业中，碳化过程是集化学反应、能量转化、物质溶质传输与扩散、过饱和溶液结晶等多种物理化学过程，同时又有固、液、气三种物质状态共同存在并反应。碳化塔是纯碱制造工艺中的核心设备，制备纯碱的主要化学反应在碳化塔内进行。

目前常见的碳化塔包括底座、塔底、塔圈以及塔盖，塔圈外套设有冷却水箱，塔顶上开设有进料口和排气口，塔底开设有出料口和进气口。二氧化碳从碳化塔的底部进入，与从碳化塔顶部进料口进入的中和氨母液接触反应，通过此过程充分地进行物质的能量动量及质量的传递，经反应后产生碳酸氢钠高温溶液，此高温溶液自碳化塔上部反应段缓慢下移，与塔圈外的冷却水箱中的冷却水进行充分的换热，降低温度，在此过程中析出部分碳酸氢钠结晶，碳化的制碱塔尾气进入清洗塔进一步吸收二氧化碳。最终得到碳化悬浮液，经出料管排出。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有碳酸氢钠高温溶液与二氧化碳的气、液混合不均匀，导致碳酸氢钠结晶产品质量差的缺陷。

发明内容

为了使碳化塔中的碳酸氢钠高温溶液与二氧化碳混合均匀，提高制碱产物的生产质量，本申请提供一种联合制碱用纯碱碳化塔。

本申请提供的一种联合制碱用纯碱碳化塔采用如下的技术方案：

一种联合制碱用纯碱碳化塔，包括底座，所述底座上方设有塔底，所述塔底上方自下而上依次设有冷却段塔体、生成段塔体以及吸收段塔体，所述吸收段塔体上方设有塔顶，所述冷却段塔体、生成段塔体与吸收段塔体内设有塔板；

所述塔板包括隔板，所述隔板上方设有半径自上而下逐渐增大的呈圆锥型的菌帽，所述菌帽上方设有布气装置。

通过采用上述技术方案，高温溶液在进入碳化塔后由塔板进行分隔，增加了高温溶液与二氧化碳的接触面积，提高了高温溶液对二氧化碳的混合吸收率；同时圆锥型的菌帽使得高温溶液在隔板上铺展开来，进一步使得溶液与二氧化碳充分接触，同时设置在每个菌帽上的布气装置将二氧化碳均匀地分布到由隔板分隔而成的每个容置高温溶液的空间中。便于提高碳酸氢钠溶液结晶成型的均匀性，提高了纯碱产品的生产加工质量。

优选的，所述隔板的底部设有输气管，所述隔板与菌帽间设有支杆，所述支杆内部中空，所述支杆的底端与输气管连通，所述支杆的顶部贯穿菌帽且延伸至菌帽上方；

所述支杆贯穿菌帽部分的外周壁上开设有布气口，所述布气口沿支杆的圆周方向均匀分布；

所述支杆的顶端设有布气帽，所述布气帽自中心向四周方向向下倾斜呈圆锥状。

通过采用上述技术方案，支杆上开设的布气口将通过支杆和输气管输送到塔板上的二氧化碳进行均分的分布，有利于菌帽上的高温溶液与二氧化碳进行充分的接触，提高了碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳的均匀度，有利于提高反应产物的质量；设置在支杆顶端的布气帽，对从上层塔板中流下的高温溶液进行分流和阻挡，将高温溶液分散向菌帽的各个方向，同时避免高温溶液泄露到支杆中，使得二氧化碳的输送发生故障，提高了碳化塔生产加工的稳定性。

优选的，所述支杆内设有风机，所述风机沿支杆的中心轴线方向自下向上设置；

所述布气口内设有止回组件，所述止回组件包括沿布气口的直径方向设置的横杆，所述横杆上铰接有两扇对称设置的呈半圆形的阀板，所述横杆上还设置有弹性件，所述弹性件一端粘接在横杆上，另一端抵触在阀板上远离支杆的一侧，所述布气口的内周壁上设有卡块，所述阀板设于卡块外侧。

通过采用上述技术方案，通过风机对二氧化碳进行输送，提高了二氧化碳的输送效率，增加了碳化塔内的二氧化碳含量，进一步提高了溶液对二氧化碳的吸收效率，进而保证了产品的质量；经风机输送的二氧化碳对每个塔板形成的容置空间施加一定的气压，促使溶液吸收二氧化碳的同时推动溶液在压力下向碳化塔的下一级流动，提高了碳化塔的生产加工效率；在布气口内设置止回组件，当没有二氧化碳流出时，阀板在弹性件的作用下回弹，将布气口封闭，进一步降低了溶液泄露入支杆的可能性，提高了碳化塔生产的安全性，降低了维护保养的成本。

优选的，所述隔板设为半径自上而下逐渐减小的圆锥型板，所述隔板的底部开设有排液口；

所述菌帽的半径小于隔板的半径，所述菌帽的外周缘上设有若干个支撑组件。

通过采用上述技术方案，隔板设置成漏斗状，便于溶液聚集到隔板的中心并流入下一级，提高了溶液的收集效率，减少了溶液的浪费，保证了溶液的利用率，同时较大的隔板提高了对溶液的散热效果，保证了碳酸氢钠溶液结晶成型的效果；支撑组件提高了菌帽安装的稳定性，降低了碳化塔的维修成本。

优选的，所述支撑组件包括连接于菌帽上的第一连杆，所述连杆远离菌帽的一端设有法兰盘，所述法兰盘中心开设有螺纹孔；

所述冷却段塔体、生成段塔体和吸收段塔体的内周壁上铰接有用于与第一连杆配合的第二连杆，所述第二连杆远离冷却段塔体、生成段塔体和吸收段塔体的一端设有轴套，所述轴套内穿设有以轴套的中心轴线为轴转动的螺栓。

通过采用上述技术方案，菌帽得以在碳化塔内得到固定，提高了碳化塔内部结构的稳定性，设置在菌帽四周的四个支撑组件提高了菌帽对抗横向冲击的抵抗性；铰接在碳化塔内的第二连杆，提高了第一连杆与第二连杆连接的便捷性，降低了碳化塔安装的复杂度。

优选的，所述冷却段塔体外设有外冷装置，所述外冷装置包括冷却水箱以及回水管道，所述冷却水箱在冷却段塔体的外周壁上沿竖直方向均匀分布有若干个；

若干个所述冷却水箱通过回水管道连通，所述回水管道上设有水泵。

通过采用上述技术方案，在冷却段塔体外设置的外冷装置，取代了在内部设置的冷却装置，提高了冷却装置散热的效率，保证了外冷装置对碳化塔的冷却作用，提高了碳酸氢钠容易结晶成型的效率，保证了产品的质量，在冷却水箱外设置回水管道，提高了冷却水箱中冷却液的换热效率，进一步保证了碳化塔对产品的生产加工质量。

优选的，所述回水管道管上设有用于控制水流大小的水量阀门。

通过采用上述技术方案，水量阀门控制回水管道中水流的大小，便于根据碳化塔中碳酸氢钠容易的负荷量，控制外冷装置的冷却效果，有利于适量增加溶液经过高温区间的时间，有利于结晶颗粒的成长，提高了结晶产物的质量。

优选的，所述冷却段塔体外壁上设有呈环状的超声波振荡器。

通过采用上述技术方案，设置在冷却塔外壁上的超声波振荡器便于对碳化塔内壁上的碳酸氢钠结晶疤层进行振碎，减少了碳酸氢钠疤层的厚度，降低了工作人员对碳化塔的维护成本，同时增加了结晶物的产量，提高了溶液的生产效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.碳酸氢钠高温溶液在进入碳化塔后由塔板进行分隔，增加了高温溶液与二氧化碳的接触面积，提高了高温溶液对二氧化碳的混合吸收率；同时圆锥型的菌帽使得高温溶液在隔板上铺展开来，进一步使得溶液与二氧化碳充分接触，同时设置在每个菌帽上的布气装置将二氧化碳均匀地分布到由隔板分隔而成的每个容置高温溶液的空间中。便于提高碳酸氢钠溶液结晶成型的均匀性，提高了纯碱产品的生产加工质量；

2.支杆上开设的布气口将通过支杆和输气管输送到塔板上的二氧化碳进行均分的分布，有利于菌帽上的高温溶液与二氧化碳进行充分的接触，提高了碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳的均匀度，有利于提高反应产物的质量；设置在支杆顶端的布气帽，对从上层塔板中流下的高温溶液进行分流和阻挡，将高温溶液分散向菌帽的各个方向，同时避免高温溶液泄露到支杆中，使得二氧化碳的输送发生故障，最终提高了碳化塔生产加工的稳定性；

3.在冷却段塔体外设置的外冷装置，取代了在内部设置的冷却装置，提高了冷却装置散热的效率，保证了外冷装置对碳化塔的冷却作用，提高了碳酸氢钠容易结晶成型的效率，保证了产品的质量，在冷却水箱外设置回水管道，提高了冷却水箱中冷却液的换热效率，进一步保证了碳化塔对产品的生产加工质量。

附图说明

图1是本申请实施例示出的一种联合制碱用纯碱碳化塔的整体结构示意图；

图2是本申请实施例示出的一种联合制碱用纯碱碳化塔的剖视图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是图2中B处的放大图；

图5是本申请实施例示出的一种联合制碱用纯碱碳化塔的支撑组件局部结构剖视图。

附图标记说明：1、底座；2、塔底；3、冷却段塔体；4、生成段塔体；5、吸收段塔体；6、塔顶；7、塔板；71、隔板；72、菌帽；8、布气装置；81、布气口；82、布气帽；9、输气管；10、支杆；11、出料管；12、风机；13、止回组件；131、横杆；132、阀板；133、弹性件；134、卡块；14、排液口；15、支撑组件；151、第一连杆；152、法兰盘；153、螺纹孔；154、第二连杆；155、轴套；156、螺栓；16、外冷装置；161、冷却水箱；162、回水管道；17、水泵；18、水量阀门；19、超声波振荡器；20、进气管；21、排气口；22、进料管。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种联合制碱用纯碱碳化塔。

参照图1，一种联合制碱用纯碱碳化塔，包括底座1，底座1上设有塔底2，塔底2上开设有用于排出含结晶的悬浮液的出料管11，塔底2上方自下而上依次设有用于吸收二氧化碳同时使溶液进行冷却、结晶的冷却段塔体3、用于析出碳酸氢钠结晶并使结晶进行生长的生成段塔体4以及用于使溶液吸收二氧化碳的吸收段塔体5。吸收段塔头上方设有塔顶6，塔顶6上设有进料管22与排气口21。

参照图2，冷却段塔体3的外周壁上设有外冷装置16，外冷装置16包括用于吸收冷却段塔体3内碳酸氢钠溶液热量的冷却水箱161，冷却水箱161沿竖直方向均匀分布有三个，冷却水箱161之间通过回水管道162连通，最上方的冷却水箱161顶部的回水管道162的另一端连通到最下方冷却水箱161的底部，最上方的冷却水箱161引至下方的一端回水管道162上设有水泵17。每个冷却水箱161的进水端的回水管道162上均设有用于控制水流大小的水量阀门18。便于工作人员根据碳化塔的工作需求，调整外冷装置16的冷却效果，有利于碳酸氢钠结晶的生长，进而提高了碳化塔生产加工的产品质量，冷却段塔体3的外周壁上设有呈环状的超声波振荡器19，对碳化塔冷却段塔体3的内壁上的碳酸氢钠疤层进行震荡，减缓碳酸氢钠疤层的成型速度，进入提高了碳酸氢钠结晶的成型量，提高了溶液的生产效率，节约了生产成本。

参照图2和图3，冷却段塔体3、生成段塔体4以及吸收段塔体5内均设有塔板7，塔板7沿碳化塔的中心轴线方向均匀分布。塔板7包括半径自上而下逐渐减小的圆锥型隔板71和设于隔板71上方的自上而下半径逐渐增大的菌帽72，菌帽72最大半径小于隔板71的最大半径。便于增大溶液与二氧化碳的接触面积提高溶液对气体的吸收效率。隔板71的底部开设有排液口14，隔板71的底部还设有竖直设置的支杆10，支杆10远离隔板71的一端贯穿菌帽72且延伸至菌帽72上方，支杆10的内部中空且设有风机12，风机12沿支杆10的中心轴线方向自下向上设置，隔板71的底面上设有与支杆10连通的输气管9，输气管119的远离支杆10的一端连接有进气管20。支杆10伸出隔板71的外侧壁上开设有四个布气口81，四个布气口81沿其圆周方向均匀分布，便于主动将二氧化碳气体输送并分散到每个塔板7上方的对溶液容置的空间中，保证了二氧化碳气体的分配均匀，提高了产品的生产质量。支杆10伸出隔板71且远离隔板71的一端设有布气帽82，布气帽82呈半径自上而下逐渐增大的圆锥状，布气帽82对溶液起到了分散的作用，进一步促进了溶液吸收气体，同时保护布气口81，降低了溶液西路入布气口81，造成故障的可能性。

参照图3，布气口81内设有止回组件13，止回组件13包括设于布气口81内的横杆131，横杆131上套设有弹性件133，弹性件133设置为弹簧板，横杆131上还套设有对称设置的两个阀板132，阀板132呈半圆形，阀板132的半径等于布气口81的内径，弹性件133的一端固定在横杆131上，另一端抵触在阀板132远离布气口81的一面，布气口81的内壁上还一体成型有用于对阀板132限位的卡块134。当机器停止使用时，由弹性件133将阀板132压回布气口81内，由卡块134卡紧将布气口81闭合，避免溶液泄露到支杆10中导致机器故障，提高了碳化塔的稳定性，降低了发生事故的可能性。

参照图4和图5，菌帽72与碳化塔内壁间均匀分布有支撑组件15，支撑组件15沿菌帽72的外周缘均匀分布，支撑组件15包括设于菌帽72上的第一连杆151以及设于碳化塔的冷却段塔体3、生成段塔体4以及吸收段塔体5内壁上的第二连杆154，第一连杆151远离菌帽72的一端设有法兰盘152，法兰盘152的中心开设有螺纹孔153，螺纹孔153沿竖直方向设置。第二连杆154铰接在冷却段塔体3、生成段塔体4以及吸收段塔体5的内壁上，第二连杆154远离碳化塔内壁的一端设有轴套155，轴套155内设有以轴套155的中心轴线为轴转动的螺栓156，螺栓156与螺纹孔153之间螺纹配合。

本申请实施例一种联合制碱用纯碱碳化塔的实施原理为：在纯碱生产中，当需要进行碳化工序时，将上级工序中产生的高温溶液从位于塔顶6的进料口中通入碳化塔中，溶液在重力的作用下向碳化塔的下层流动，此时溶液经过吸收段塔体5，溶液落到塔板7的菌帽72上时，沿菌帽72的表面铺展开，随后落到隔板71上，由于隔板71呈半径自下而上逐渐增大的漏斗状，溶液向隔板71中心汇聚，然后经过排液口14流向下一层塔板7。

此时二氧化碳自进气管20输入碳化塔，在输气管9的分配下流向每级塔板7所分隔形成的空间中，二氧化碳在风机12的吸取下，经过支杆10输送向布气装置8，最终从布气口81中流出与溶液进行混合，溶液与二氧化碳充分混合后形成碳酸氢钠溶液。

随着溶液一级一级向下流动，溶液的温度逐渐降低，经过冷却段塔体3时，外冷装置16对溶液进行降温冷却，在水泵17的作用下，冷却液得以通过回水管道162进行充分额冷却，保证了冷却效果，通过水量阀门18，工作人员得以控制回水管道162中水流的大小，进而控制冷却效果，使得工作人员得以依据生产需求调整对溶液的冷却速度，提高了产品的生产加工质量。在超声波振荡器19的作用下，溶液的结晶不易粘附在碳化塔内壁上。

最终容易经过冷却段塔体3后通过塔底2的出料管11排出，反应产生的废气则通过排气口21排出。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种联合制碱用纯碱碳化塔，包括底座(1)，所述底座(1)上方设有塔底(2)，所述塔底(2)上方自下而上依次设有冷却段塔体(3)、生成段塔体(4)以及吸收段塔体(5)，所述吸收段塔体(5)上方设有塔顶(6)，其特征在于：所述冷却段塔体(3)、生成段塔体(4)与吸收段塔体(5)内设有塔板(7)；

所述塔板(7)包括隔板(71)，所述隔板(71)上方设有半径自上而下逐渐增大的呈圆锥型的菌帽(72)，所述菌帽(72)上方设有布气装置(8)；

所述隔板(71)的底部设有输气管(9)，所述隔板(71)与菌帽(72)间设有支杆(10)，所述支杆(10)内部中空，所述支杆(10)的底端与输气管(9)连通，所述支杆(10)的顶部贯穿菌帽(72)且延伸至菌帽(72)上方；

所述支杆(10)贯穿菌帽(72)部分的外周壁上开设有布气口(81)，所述布气口(81)沿支杆(10)的圆周方向均匀分布；

所述支杆(10)的顶端设有布气帽(82)，所述布气帽(82)自中心向四周方向向下倾斜呈圆锥状；

所述支杆(10)内设有风机(12)，所述风机(12)沿支杆(10)的中心轴线方向自下向上设置；

所述布气口(81)内设有止回组件(13)，所述止回组件(13)包括沿布气口(81)的直径方向设置的横杆(131)，所述横杆(131)上铰接有两扇对称设置的呈半圆形的阀板(132)，所述横杆(131)上还设置有弹性件(133)，所述弹性件(133)一端粘接在横杆(131)上，另一端抵触在阀板(132)上远离支杆(10)的一侧，所述布气口(81)的内周壁上设有卡块(134)，所述阀板(132)设于卡块(134)外侧。

2.根据权利要求1所述的一种联合制碱用纯碱碳化塔，其特征在于：所述隔板(71)设为半径自上而下逐渐减小的圆锥型板，所述隔板(71)的底部开设有排液口(14)；

所述菌帽(72)的半径小于隔板(71)的半径，所述菌帽(72)的外周缘上设有若干个支撑组件(15)。

3.根据权利要求2所述的一种联合制碱用纯碱碳化塔，其特征在于：所述支撑组件(15)包括连接于菌帽(72)上的第一连杆(151)，所述连杆远离菌帽(72)的一端设有法兰盘(152)，所述法兰盘(152)中心开设有螺纹孔(153)；

所述冷却段塔体(3)、生成段塔体(4)和吸收段塔体(5)的内周壁上铰接有用于与第一连杆(151)配合的第二连杆(154)，所述第二连杆(154)远离冷却段塔体(3)、生成段塔体(4)和吸收段塔体(5)的一端设有轴套(155)，所述轴套(155)内穿设有以轴套(155)的中心轴线为轴转动的螺栓(156)。

4.根据权利要求1所述的一种联合制碱用纯碱碳化塔，其特征在于：所述冷却段塔体(3)外设有外冷装置(16)，所述外冷装置(16)包括冷却水箱(161)以及回水管道(162)，所述冷却水箱(161)在冷却段塔体(3)的外周壁上沿竖直方向均匀分布有若干个；

若干个所述冷却水箱(161)通过回水管道(162)连通，所述回水管道(162)上设有水泵(17)。

5.根据权利要求4所述的一种联合制碱用纯碱碳化塔，其特征在于：所述回水管道(162)上设有用于控制水流大小的水量阀门(18)。

6.根据权利要求1所述的一种联合制碱用纯碱碳化塔，其特征在于：所述冷却段塔体(3)外壁上设有超声波振荡器(19)。

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