CN208532231U - 一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，包括搪玻璃转手槽、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元，浓硫酸降温单元包括PTFE转手泵和碳化硅冷却器，所述搪玻璃转手槽、PTFE转手泵和碳化硅冷却器进液口通过管线依次连接；硫酸强制循环单元包括依次连接的高硅铁泵、钽材换热器、闪蒸罐，且闪蒸罐底部出液口通过第三管道与高硅铁泵连接；碳化硅冷却器出液口通过低温硫酸输送管道连接硫酸强制循环单元，第三管道和闪蒸罐侧壁出液口均连接至搪玻璃转手槽。本实用新型的高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置能显著减少高温浓硫酸强制循环系统降温所需时间，广泛应用于多种废硫酸处理生产线，从而产生显著的经济效益。

Description

一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置

技术领域

本实用新型涉及化工机械领域，特别是在化工、轻工和医药等行业广泛应用的废稀硫酸真空浓缩过程中高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置。

背景技术

目前，国内外硝基甲苯的主要工业生产方法为混酸液相直接硝化工艺，甲苯经硝硫混酸硝化，经分离而得对硝基甲苯，同时联产邻硝基甲苯。甲苯硝化除了生成硝基甲苯外，还会产生大量的废酸，废酸主要成分是硫酸，还有部分硝酸、甲苯和其他硝化产物，该方法生产硝基甲苯环境污染严重。为了减小废酸对环境的污染且回收硫酸直接回用于生产，需要对生产中产生的废稀硫酸进行浓缩处理。

现有技术中硝基甲苯生产产生的废稀硫酸真空浓缩至96％硫酸段需要在1.2kPa的高真空、180℃的高温条件下强制循环闪蒸，高温浓硫酸强制循环的核心为一台高硅铁泵、一台钽加热器、一台搪玻璃闪蒸罐及连接搪玻璃管道。闪蒸过程中，由于硫酸盐的析出，强制循环系统每隔10天左右，需要停车降温刷洗，为避免高硅铁泵、搪玻璃设备、管道的损坏，采用自然降温的措施，自然降温需要30小时左右的时间，非生产时间较多。

为减少非生产时间，提高真空浓缩装置的处理能力，节约成本，需要开发一种能使高温浓硫酸强制循环系统快速降温的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，该装置结构简单，操作方便，能显著减少高温浓硫酸强制循环系统降温所需时间。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，包括搪玻璃转手槽、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元，所述搪玻璃转手槽、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元依次通过管线连接形成硫酸循环回路；所述浓硫酸降温单元包括PTFE转手泵和碳化硅冷却器，所述搪玻璃转手槽、PTFE转手泵和碳化硅冷却器进液口通过管线依次连接；所述硫酸强制循环单元包括高硅铁泵、钽材换热器、闪蒸罐，所述高硅铁泵通过第一管道与钽材加热器进液口相连接，钽材加热器出液口通过第二管道与闪蒸罐进液口连接，闪蒸罐底部出液口通过第三管道与高硅铁泵连接；所述碳化硅冷却器出液口通过低温硫酸输送管道连接第一管道，所述低温硫酸输送管道上沿冷却酸流向方向依次设置孔板和第一阀门，第一管道上设置插入式混合器；所述第三管道通过第二阀门连接至搪玻璃转手槽，闪蒸罐侧壁出液口通过高温硫酸排出管道连接至搪玻璃转手槽；所述第一管道、第二管道、第三管道、低温硫酸输送管道和高温硫酸排出管道均为搪玻璃管。

进一步地，在低温硫酸输送管道上设置压力表，所述压力表设置在第一阀门与第一管道之间。

更进一步地，在低温硫酸输送管道上设置第三阀门，所述第三阀门设置在压力表与第一管道之间。

进一步地，所述插入式混合器为PTFE材质，其内径15mm，外径22mm，长20mm。

进一步地，所述插入式混合器设置在高硅铁泵1的出口处。

进一步地，所述插入式混合器的安装方式为在第一管道18与插入式混合器14的相接段进酸管口处插入PTFE管，然后将PTFE管固定安装在插入式混合器14上。

进一步地，所述碳化硅冷却器的出液口与搪玻璃转手槽通过第四管道连接，所述第四管道上设置第四阀门。

进一步地，所述搪玻璃转手槽上设置排液阀。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，结构简单，操作方便，能显著减少高温浓硫酸强制循环系统降温所需时间，可广泛应用于多种废硫酸处理生产线，从而产生显著的经济效益。

(2)本实用新型的快速降温装置对于硫酸介质具有工作性能可靠、使用寿命长、操作维护简便等优点。

附图说明

图1为本实用新型高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置的结构示意图。

图2为插入式混合器的安装状态示意图。

图中1、高硅铁泵，2、钽材加热器，3、闪蒸罐，4、碳化硅冷却器，5、搪玻璃转手槽，6、PTFE转手泵，7、孔板，8、第四阀门，9、第二阀门， 10、第一阀门，11、第三阀门，12、排液阀，13、压力表，14、插入式混合器，15、低温硫酸输送管道，16、第二管道，17、第三管道，18、第一管道，19、高温硫酸排出管道，20、第四管道，21、PTFE管

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

硝基甲苯生产产生的废稀硫酸真空浓缩至96％硫酸段需要在1.2kPa的高真空、180℃的高温条件下强制循环闪蒸，高温浓硫酸强制循环的核心为一台高硅铁泵、一台钽加热器、一台搪玻璃闪蒸罐及连接搪玻璃管道。闪蒸过程中，由于硫酸盐的析出，强制循环系统每隔10天左右，需要停车降温刷洗。本实用新型提出的一种快速降温装置。

参照图1所示的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，包括搪玻璃转手槽5、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元三个部分，搪玻璃转手槽5、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元依次通过管线连接形成硫酸强制循环回路，具体连接方式为：

(1)浓硫酸降温单元包括PTFE转手泵6和碳化硅冷却器4，所述搪玻璃转手槽5、PTFE转手泵6和碳化硅冷却器4进液口通过管线依次连接，其作用在于转手槽5中的高温浓硫酸经PTFE转手泵6输送出，PTFE转手泵6输送出的浓硫酸经碳化硅冷却器冷却。

(2)硫酸强制循环单元包括高硅铁泵1、钽材换热器2、闪蒸罐3，其中高硅铁泵1通过第一管道18与钽材加热器2进液口相连接，钽材加热器2出液口通过第二管道16与闪蒸罐3进液口连接，闪蒸罐3底部出液口通过第三管道17与高硅铁泵1出口连接。

(3)碳化硅冷却器4出液口通过低温硫酸输送管道15连接第一管道 18，所述低温硫酸输送管道15上沿冷却酸流向方向依次设置孔板7和第一阀门10，第一管道18上设置插入式混合器14；在低温硫酸输送管道15上设置压力表13和第三阀门11，压力表13设置在第一阀门10与第一管道 18之间，第三阀门11设置在压力表13与第一管道18之间。所述第三管道 17通过第二阀门9连接至搪玻璃转手槽5，闪蒸罐3侧壁出液口通过高温硫酸排出管道19连接至搪玻璃转手槽。

由于管线中介质为腐蚀性极强的硫酸，因此本实用新型中第一管道18、第二管道16、第三管道17、低温硫酸输送管道15和高温硫酸排出管道均为搪玻璃管，闪蒸罐3也为搪玻璃材质。

本实用新型的插入式混合器14的作用是为冷、热硫酸的混合提供混合管道，为了使冷、热硫酸混合更均匀，本实施例中的插入式混合器14设置在高硅铁泵1的出口处，利用高硅铁泵1出口处湍流振动更强的物理特性，从而提高冷、热硫酸的混合效率。将第一管道18连接插入式混合器14时，硫酸温度在混合器14内发生骤变，对于搪玻璃材质的管道而言，容易损坏，因此，为了保护第一管道18不受损坏，在第一管道18与插入式混合器14 的相接段的管道进酸管口增加1个PTFE套管，利用PTFE导热率低的性能，避免冷酸对进酸管口搪玻璃管的热冲击，具体安装方式如图2所示，第一管道18进酸管口内插入PTFE管21，然后将PTTE管21固定安装在插入式混合器14上。需要进一步说明的是，对于本实施例中的降温装置，碳化硅冷却器4的出液口与搪玻璃转手槽5通过第四管道20连接，且第四管道20上设置第四阀门8，从而方便使搪玻璃转手槽5中的热硫酸经碳化硅冷却器4再回到搪玻璃转手槽5中形成一个回路。搪玻璃转手槽5上也可设置排液阀12用于浓硫酸退酸。

进一步说明，本实施例中插入式混合器14为PTFE材质，其内径15mm，外径22mm，长20mm。

工作原理：

本实用新型需要降温的装置为废硫酸强制循环浓缩装置，其本身的保温措施严密，且针对装置本身的材料性能(高硅铁、搪玻璃耐冷、热冲击的性能)要求降温速度不能太快，强制循环酸温度变化每分钟≤1℃。而本实施例中高硅铁泵额定循环量为325m³/h，按照85％效率计算，实际循环量为276.25m³/h。本实施例中经碳化硅冷却器冷却的冷硫酸的温度设置在 35℃-40℃，热硫酸的温度为185℃左右，强制循环酸温度变化每分钟≤1℃，根据计算公式：T-(1.5*35+4*T)/5.5可以计算出每分钟的最大降温速率，并可计算出35℃-40℃的流酸的最大流量为1.5m³/h，即通过孔板7来限制浓硫酸流量在1.5m³/h。

计算数据表如下：

本实用新型的一种高温浓硫酸强制循环系统快速降温装置的工作过程为：

搪玻璃转手槽5中的浓硫酸经PTFE转手泵6输送出，PTFE转手泵6 输送出的浓硫酸经碳化硅冷却器4冷却至35℃-40℃，冷却后的硫酸经孔板限流后以1.5m³/h的流量经管道15，第一阀门10，第三阀门11进入第一管道18，并且在插入式混合器14内与180℃的高温硫酸混合降温；然后启动高硅铁泵1，混合硫酸在高硅铁泵1、钽加热器2、闪蒸罐3及第一管道18、第二管道16及第三管道17组成的强制循环系统内以1℃/min-0.4℃/min的降温速度循环降温；降温过程中，产生的高于液位的高温硫酸通过高温硫酸排出管道19回到搪玻璃转手槽5。当硫酸强制循环单元的温度降低到 70℃以下，停止高硅铁泵1，打开第二阀门9，将硫酸强制循环单元内的硫酸放入搪玻璃转手槽5，快速降温结束。

本实用新型的高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，结构简单，操作方便，能显著减少高温浓硫酸强制循环系统降温所需时间，可广泛应用于多种废硫酸处理生产线，从而产生显著的经济效益。本实用新型的快速降温装置对于硫酸介质具有工作性能可靠、使用寿命长、操作维护简便等优点。具体的，采用热传导率低的PTFE材料作为插入式混合器，以保护搪玻璃管壁；采用同浓度、不同温度的硫酸混合降温，保证降温速率均匀稳定，并控制降温速率在工艺规定范围；采用循环系统外的冷却器进行硫酸冷却降温，克服强制循环系统外保温层阻碍降温的缺陷；采用孔板限速，免除流速调整。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，包括搪玻璃转手槽(5)、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元，所述搪玻璃转手槽(5)、浓硫酸降温单元和硫酸强制循环单元依次通过管线连接形成硫酸循环回路；所述浓硫酸降温单元包括PTFE转手泵(6)和碳化硅冷却器(4)，所述搪玻璃转手槽(5)、PTFE转手泵(6)和碳化硅冷却器(4)进液口通过管线依次连接；所述硫酸强制循环单元包括高硅铁泵(1)、钽材加热器(2)、闪蒸罐(3)，所述高硅铁泵(1)通过第一管道(18)与钽材加热器(2)进液口相连接，钽材加热器(2)出液口通过第二管道(16)与闪蒸罐(3)进液口连接，闪蒸罐(3)底部出液口通过第三管道(17)与高硅铁泵(1)连接；所述碳化硅冷却器(4)出液口通过低温硫酸输送管道(15)连接第一管道(18)，所述低温硫酸输送管道(15)上沿冷却酸流向方向依次设置孔板(7)和第一阀门(10)，第一管道(18)上设置插入式混合器(14)；所述第三管道(17)通过第二阀门(9)连接至搪玻璃转手槽(5)，闪蒸罐(3)侧壁出液口通过高温硫酸排出管道(19)连接至搪玻璃转手槽(5)；所述第一管道(18)、第二管道(16)、第三管道(17)、低温硫酸输送管道(15)和高温硫酸排出管道(19)均为搪玻璃管。

2.根据权利要求1所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，在低温硫酸输送管道(15)上设置压力表(13)，所述压力表(13)设置在第一阀门(10)与第一管道(18)之间。

3.根据权利要求2所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，在低温硫酸输送管道(15)上设置第三阀门(11)，所述第三阀门(11)设置在压力表(13)与第一管道(18)之间。

4.根据权利要求1所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，所述插入式混合器(14)为PTFE材质，其内径15mm，外径22mm，长20mm。

5.根据权利要求1所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，所述插入式混合器(14)设置在高硅铁泵(1)的出口处。

6.根据权利要求1所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，所述插入式混合器(14)的安装方式为：在第一管道(18)与插入式混合器(14)的相接段进酸管口处插入PTFE管(21)，然后将PTFE管(21)固定安装在插入式混合器(14)上。

7.根据权利要求1所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，所述碳化硅冷却器(4)的出液口与搪玻璃转手槽(5)通过第四管道(20)连接，所述第四管道(20)上设置第四阀门(8)。

8.根据权利要求1所述的一种高温浓硫酸强制循环系统的快速降温装置，其特征在于，所述搪玻璃转手槽(5)上设置排液阀(12)。