CN113198190A - 一种浆液蒸氨的工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无机化学反应工程中的蒸氨技术领域，尤其涉及一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于，包括蒸氨罐、蒸汽压缩机和氨分离塔，蒸氨罐带有机械搅拌和加热隔套，加热隔套的入口分别经管路连接原料蒸汽源和蒸汽压缩机的出口，蒸汽压缩机的入口分别经管路与蒸氨罐的出气口、加热隔套的出口以及氨分离塔的进料口相连接，氨分离塔的进气口与原料蒸汽源相连接，来自蒸氨罐的出气口的二次蒸汽经蒸汽压缩机压缩后温度升高10～20℃；氨分离塔的出气口与换热器的进气口相连通。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：结合了蒸氨罐蒸氨与蒸氨塔蒸氨的各自优势，既避免了蒸氨物料堵塞设备，又减小了蒸氨过程中的蒸汽消耗，可显著降低蒸氨的成本。
Description
技术领域
本发明涉及无机化学反应工程中的蒸氨技术领域，尤其涉及一种浆液蒸氨的工艺设备。
背景技术
在无机盐产品制造等过程中，经常涉及到对浆料溶液的蒸氨操作。蒸氨是通过加热使溶液中的氨（NH3）挥发为氨蒸气的过程，该过程在化工生产中较为常见。例如：含氨废水蒸发以实现水质净化并回收其中氨的过程；又如：在纯碱生产中，通过蒸氨将由氯化铵与石灰乳（氢氧化钙）反应生成的氨蒸发出来，以使反应能够进行并将蒸出的氨气用于后续的制碱工段。蒸氨过程中，当蒸氨溶液含固体颗粒物料时，蒸氨料液呈浆液的状态，称为浆液蒸氨。例如：上述蒸氨案例中的氯化铵溶液与石灰乳反应的蒸氨；又如：在以菱镁石轻烧所得氧化镁粉（轻烧粉）为原料氨循环法生产镁盐的过程中，蒸氨溶液即含轻烧粉的颗粒而呈浆液状态，故称为浆液蒸氨。
工业上蒸氨生产工艺设备有两种：一是采用带机械搅拌的蒸氨罐进行蒸氨；二是采用具特殊结构的蒸氨塔进行蒸氨。前者可防止浆液中固体颗粒沉积堵塞设备，但蒸氨操作的加热蒸汽消耗量较大；后者可降低加热蒸汽消耗，但蒸氨塔造价较高、平稳运行困难且不能避免因浆液中的固体颗粒沉积所导致的设备堵塞。
浆液蒸氨时，为防止料浆中的固体颗粒沉降而影响蒸氨效果并堵塞设备与管道，通常采用带机械搅拌的罐型容器作为蒸氨设备，称为“蒸氨罐”。蒸氨罐只能实现一次气液平衡，使蒸氨过程的加热蒸汽消耗量大、能源利用效率低。为减少浆液蒸氨时的加热蒸汽消耗，专利CN1190365C发明了 以“萃取蒸馏塔”为蒸氨设备进行蒸氨操作。但蒸氨塔结构复杂、制造成本较高，并且因其缺少对蒸氨浆液进行机械搅拌，致使蒸氨料浆中的颗粒物料在塔内沉积而形成“堵塔”，使用中需要时常对塔内沉积物进行清理，影响了生产过程的连续性。
机械蒸汽再压缩（MVR）是通过压缩机械使蒸发过程中产生的蒸汽（二次蒸汽）温度升高进而可替代热源蒸汽（一次蒸汽或原料蒸汽）对蒸发料液进行加热蒸发的技术。由于MVR技术能够显著减少蒸发过程中的一次蒸汽（原料蒸汽）消耗量，使蒸发操作的运行成本更低，该技术已在一般物料蒸发过程中取得了较为普遍的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浆液蒸氨的工艺设备，克服现有技术的不足，将蒸氨罐蒸氨的机械搅拌与MVR技术相结合，节省原料蒸汽消耗，防止蒸氨过程中物料沉降堵塞设备并且降低原料蒸汽消耗成本。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于，包括蒸氨罐、蒸汽压缩机和氨分离塔，蒸氨罐带有机械搅拌和加热隔套，加热隔套的入口分别经管路连接原料蒸汽源和蒸汽压缩机的出口，蒸汽压缩机的入口分别经管路与蒸氨罐的出气口、加热隔套的出口以及氨分离塔的进料口相连接，所述氨分离塔的进气口与原料蒸汽源相连接，来自蒸氨罐的出气口的二次蒸汽经蒸汽压缩机压缩后温度升高10～20℃；所述氨分离塔的出气口与换热器的进气口相连通，换热器的出气口接氨气管路，换热器的进水口和出水口对应连接冷却水管和回水管，换热器的冷凝水管与氨分离塔的回水口相连通；所述蒸氨罐内设有金属氧化物和铵盐水溶液混合的浆液。
所述蒸氨罐内的浆液中固体颗粒物浓度为1.5～15wt%（质量百分数），最大颗粒径不小于20μm，蒸氨罐内浆液的温度为103～118℃。
所述金属氧化物为生石灰、轻烧粉或白云灰中的任一种或任两种组合，所述铵盐水溶液为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、乙酸铵中的任一种或任两种组合。
所述蒸汽压缩机为离心式或隔膜式压缩机。
所述换热器为板式换热器或管式散热器。
所述氨分离塔为填料塔。
所述蒸氨罐的蒸氨过程中分离出的水量占浆液中所含水量的15～35wt%（质量百分数）时蒸氨过程结束，蒸氨过程结束后，蒸氨后溶液由泵引出到后续工段。
所述机械搅拌的结构包括立式电机、搅拌杆和搅拌桨，所述立式电机位于蒸氨罐的顶部，电机的出轴连接搅拌杆，搅拌杆上设有锚式、框式或螺带式搅拌桨。
所述蒸氨罐的出气口与氨分离塔的进料口之间的管路上设有截止阀一，原料蒸汽源的管路上设有截止阀二，当蒸氨罐初启时，截止阀一关闭，截止阀二打开，当蒸氨罐稳定运行时，截止阀一打开，截止阀二关闭，蒸汽压缩机打开，原料蒸汽源由二次蒸汽替代，氨蒸汽进入氨分离塔。
所述加热隔套的入口、蒸氨罐的出气口和蒸汽压缩机的出口之间形成二次蒸汽循环升温闭环。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）蒸氨罐在机械搅拌下进行蒸氨，可使罐内的颗粒物料在搅拌的作用下处于悬浮状态，避免蒸氨浆液因固体颗粒沉积所导致的设备及管道堵塞，使罐内反应物料在搅拌的作用下均匀混合，提高氨生成反应的速率。蒸氨物料在蒸氨罐内的停留时间可根据蒸氨反应的需要进行调控，能够保证蒸氨效果且操作灵活。
2）采用蒸汽再压缩法提升二次蒸汽温度，使二次蒸汽潜热得以利用，在蒸氨过程中替代一次蒸汽（原料蒸汽），减小了蒸氨过程中的蒸汽消耗。由于蒸氨的温度提高同时分离出水分，使蒸氨所得溶液中盐的浓度更高，有利于后续工段的盐产品的制造。
3）因进入氨分离塔的物料的形态为不含固体颗粒的氨/水混合物，所以使采用填料塔成为可能，比传统的板式蒸氨塔提高了分离效率，保留了蒸氨罐蒸氨与蒸氨塔蒸氨的各自优势，分离效率更高，蒸汽消耗成本更低。
附图说明
图1是本发明实施例的工艺流程示意图。
图中：1-蒸氨罐，2-蒸汽压缩机，3-分离塔，4-机械搅拌；5-加热隔套；6-原料蒸汽源；7-换热器，8-冷却水管；9-回水管；10-浆液泵；11-立式电机；12-搅拌杆；13-搅拌桨；14-截止阀一；15-截止阀二。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，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做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。
见图1，是本发明一种浆液蒸氨的工艺设备实施例的工艺流程示意图，包括蒸氨罐1、蒸汽压缩机2和氨分离塔3，蒸氨罐1带有机械搅拌4和加热隔套5，加热隔套5的入口分别经管路连接原料蒸汽源6和蒸汽压缩机2的出口，蒸汽压缩机2的入口分别经管路与蒸氨罐1的出气口、加热隔套5的出口以及氨分离塔3的进料口相连接，氨分离塔3的进气口与原料蒸汽源6相连接，来自蒸氨罐1的出气口的二次蒸汽经蒸汽压缩机2压缩后温度升高10～20℃，使其可作为加热蒸汽对罐内蒸氨物料进行加热，以节省一次蒸汽（原料蒸汽）的消耗量。氨分离塔3的出气口与换热器7的进气口相连通，换热器7的出气口接氨气管路，换热器7的进水口和出水口对应连接冷却水管8和回水管9，换热器7的冷凝水管与氨分离塔3的回水口相连通；蒸氨罐1内设有金属氧化物和铵盐水溶液混合的浆液。蒸氨罐1内的浆液中固体颗粒物浓度为1.5～15wt%（质量百分数），最大颗粒径不小于20μm，蒸氨罐1内浆液的温度为103～118℃。蒸汽压缩机2为离心式或隔膜式压缩机。换热器7为板式换热器7或管式散热器均可，可实现氨气和水的进一步分离。氨分离塔3为填料塔，常规的各种类型填料塔都可以实现本发明的目的。
蒸氨原料在蒸氨罐1内发生反应并生成溶于蒸氨浆料液中的氨（NH3）。该原料在蒸氨罐1内经搅拌、混合、受热、反应等过程生成溶解于罐内浆料水溶液中的氨，该氨及浆液中的部分水受热蒸发形成二次蒸汽（氨气与水蒸汽的混合物），该二次蒸汽经压缩机2压缩使其温度升高，压缩（温度升高）后的二次蒸汽进入蒸氨罐加热隔套对罐内蒸氨液进行加热，释出热量后的二次蒸汽部分或全部变成冷凝液进入氨分离塔3，氨分离塔3通过常规操作将二次蒸汽冷凝液及未凝部分分离成塔顶的氨气及塔底的水，氨气可进一步去制作氨水。
机械搅拌4的结构包括立式电机11、搅拌杆12和搅拌桨13，立式电机11位于蒸氨罐1的顶部，立式电机11的出轴连接搅拌杆12，搅拌杆12上设有锚式、框式或螺带式搅拌桨。立式电机11的转速为50~200转/分钟，可使罐内的颗粒物料在搅拌的作用下处于悬浮状态，避免蒸氨浆液因固体颗粒沉积所导致的设备及管道堵塞，同时罐内反应物料在搅拌的作用下均匀混合，提高氨生成反应的速率。蒸氨罐1的蒸氨过程中分离出的水量占浆液中所含水量的15～35wt%（质量百分数）时蒸氨过程结束，蒸氨过程结束后，蒸氨后溶液由浆液泵10引出到后续工段。
蒸氨罐1的出气口与氨分离塔3的进料口之间的管路上设有截止阀一14，原料蒸汽源6的管路上设有截止阀二15，当蒸氨罐1初启时，截止阀一14关闭，截止阀二15打开，当蒸氨罐1稳定运行时，截止阀一14打开，截止阀二15关闭，蒸汽压缩机2打开，原料蒸汽源6由二次蒸汽替代，氨蒸汽进入氨分离塔3。
加热隔套5的入口、蒸氨罐1的出气口和蒸汽压缩机2的出口之间形成二次蒸汽循环升温闭环。加热隔套5中通入蒸汽对蒸氨罐内物料进行加热，并使反应生成的氨与溶液中的部分水以气液相平衡的规律进行蒸发生成二次蒸汽。本发明生产过程及操作步骤与传统的不带加热隔套的蒸氨罐蒸氨过程相类似，所不同的是：当蒸氨罐1在来自于锅炉（热源）一次蒸汽（原料蒸汽）的驱动下达到连续稳定运行状态时，关闭截止阀一14，并同时启动蒸汽压缩机2，蒸汽压缩机2出口升温后的二次蒸汽取代一次蒸汽进入蒸氨罐对罐内的蒸氨物料进行加热，从而减少蒸氨操作中的热源蒸汽的消耗。
本发明实施例中，金属氧化物为生石灰、轻烧粉或白云灰中的任一种或任两种组合，铵盐水溶液为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、乙酸铵中的任一种或任两种组合。
以轻烧粉与氯化铵溶液反应为例，其反应方程式如下：
MgO+2NH4Cl→MgCl2+H2O+2NH3↑
本发明蒸氨过程较传统无蒸汽压缩机进行二次蒸气再压缩的蒸氨罐蒸氨相比，可节省原料蒸汽4.2t/h，蒸汽压缩机多耗电252kWh。若以原料蒸汽价格160元/t、电费0.6元/kWh，节省操作费用520元/h（即每天可节省操作费用12480元）。并且蒸氨过程中，无固体物料沉积堵塞设备，设备安全运行周期更长。经实验验证，本发明技术先进，经济指标优于传统蒸氨工艺。对于蒸发量为7t/h的蒸氨系统，传统的蒸氨罐蒸氨要消耗原料蒸汽7.5t/h以上，而本技术消耗原料蒸汽1.6t/h就够了。当然，本发明要多消耗些电能，从应用案例的价格结果中可看出来，其经济性仍然具有明显优势。
以上实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于，包括蒸氨罐、蒸汽压缩机和氨分离塔，蒸氨罐带有机械搅拌和加热隔套，加热隔套的入口分别经管路连接原料蒸汽源和蒸汽压缩机的出口，蒸汽压缩机的入口分别经管路与蒸氨罐的出气口、加热隔套的出口以及氨分离塔的进料口相连接，所述氨分离塔的进气口与原料蒸汽源相连接，来自蒸氨罐的出气口的二次蒸汽经蒸汽压缩机压缩后温度升高10～20℃；所述氨分离塔的出气口与换热器的进气口相连通，换热器的出气口接氨气管路，换热器的进水口和出水口对应连接冷却水管和回水管，换热器的冷凝水管与氨分离塔的回水口相连通；所述蒸氨罐内设有金属氧化物和铵盐水溶液混合的浆液。
2.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述蒸氨罐内的浆液中固体颗粒物浓度为1.5～15wt%（质量百分数），最大颗粒径不小于20μm，蒸氨罐内浆液的温度为103～118℃。
3.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述金属氧化物为生石灰、轻烧粉或白云灰中的任一种或任两种组合，所述铵盐水溶液为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、乙酸铵中的任一种或任两种组合。
4.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述蒸汽压缩机为离心式或隔膜式压缩机。
5.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述换热器为板式换热器或管式散热器。
6.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述氨分离塔为填料塔。
7.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述蒸氨罐的蒸氨过程中分离出的水量占浆液中所含水量的15～35wt%（质量百分数）时蒸氨过程结束，蒸氨过程结束后，蒸氨后溶液由泵引出到后续工段。
8.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述机械搅拌的结构包括立式电机、搅拌杆和搅拌桨，所述立式电机位于蒸氨罐的顶部，电机的出轴连接搅拌杆，搅拌杆上设有锚式、框式或螺带式搅拌桨。
9.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述蒸氨罐的出气口与氨分离塔的进料口之间的管路上设有截止阀一，原料蒸汽源的管路上设有截止阀二，当蒸氨罐初启时，截止阀一关闭，截止阀二打开，当蒸氨罐稳定运行时，截止阀一打开，截止阀二关闭，蒸汽压缩机打开，原料蒸汽源由二次蒸汽替代，氨蒸汽进入氨分离塔。
10.根据权利要求1所述的一种浆液蒸氨的工艺设备，其特征在于：所述加热隔套的入口、蒸氨罐的出气口和蒸汽压缩机的出口之间形成二次蒸汽循环升温闭环。
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