CN210457498U - 多段外部自然循环冷却大型碳化塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，该碳化塔的上、中、下段塔体中每段塔体内均设有若干块塔板，上、中、下段塔板设有不同形式的降液管且各塔板筛孔直径和孔距也各不相同，此外下段塔体的每段冷却区塔体外部设有至少两个外冷器，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；并将塔体和外冷器管板以碳钢‑不锈钢复合板或碳钢‑钛复合板成型，塔内部件以不锈钢成型，外冷器壳体等以碳钢成型，冷却管以不锈钢或钛成型。该碳化塔可大型化、二氧化碳吸收效率和碳化转化率高、传热效率高、连续制碱作业时间长、成品铁含量低、碳酸氢钠结晶粒度大、高效高性价比，既能适用于联碱法又可适用于氨碱法。

Description

多段外部自然循环冷却大型碳化塔

技术领域

本实用新型涉及一种纯碱生产用设备，尤其涉及一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，适用于氨碱法和联碱法生产纯碱。

背景技术

碳化塔(也碳酸化塔)是纯碱生产的核心设备，纯碱生产的主要化学反应在该塔内进行，其内部兼有传质、吸收、化学反应、结晶、传热等多种过程，又含气、液、固等多相体系。化学工程中一般典型的吸收塔、反应器、结晶器、换热器等单元操作设备都不适用于纯碱生产中的碳酸化作业，因此碳化塔是一种特殊的纯碱生产专用设备。

目前世界上纯碱生产厂家普遍采用索尔维型碳化塔。该塔用铸铁铸造，由多节铸铁塔圈组成，塔内有三十块左右笠帽塔板，塔下部除笠帽外还装有很多冷却管，以移去化学反应及结晶过程产生的热量。这种塔属内冷结构，能满足纯碱生产的碳酸化需要，已有一百多年历史，但随着纯碱工业的发展，该塔已逐渐显露出其影响纯碱技术发展的一些缺点。如为提高生产效率和降低生产成本，生产装置必然向大型化发展，然而索尔维碳化塔由于铸铁材质和结构形式，难于大型化，通常做法是一个大型纯碱厂往往需建几十台索尔维碳化塔，这样致使工厂建设费用高，占地面积大，操作维护费用高，显示不出大型生产装置的优越性。再如随着技术进步，纯碱用户要求降低纯碱中铁含量，提高纯碱白度，然而铸铁的索尔维型碳化塔的耐蚀性较差，使纯碱中铁含量增加，并影响产品白度，此外铸铁材质因有一定腐蚀，导致设备寿命较短，平时维修工作量大，设备泄漏也难以杜绝，影响环境。

鉴于上述问题，纯碱业者提出一些新的碳化塔结构设想和技术方案。

1975年日本旭硝子公司(Asahi Glass)报导了一种在联碱法纯碱生产中采用的碳化塔，该塔用碳钢制造并内加防腐层，用泵循环外部冷却(US4,217,330)，简称NA塔。该塔摆脱传统的铸铁材质，可以实现大型化，但存在防腐层易脱落、循环泵粉碎晶体易生成二次晶核而致使结晶粒度变细、吸收效率低、尾气CO₂含量高达20％等缺点，同时因为吸收效率低，碳化转化率低，不能用于氨碱法生产纯碱，因此该技术未见推广使用报导。

针对上述问题，相关技术人员曾开发出自然循环外部冷却碳化塔，解决了上述循环泵粉碎晶体使结晶变细的问题；后又开发出以液相为连续相的高效筛板塔板，提高了吸收效率，使外冷碳化塔可以大型化且造价较低，从而使外冷碳化塔得到推广使用。但上述外部冷却碳化塔无论是泵循环还是自然循环，都是在塔下部一段循环，由于塔下部存在塔液循环，所以整个塔下部塔液都是一个成份，即塔下部相当于只有一块塔板，致使碳化转化率降低，因此这种外冷碳化塔只能用于联碱法生产纯碱，不能用于氨碱法生产纯碱，否则会提高原料盐的消耗量。

1980年索尔维公司发表的《结晶碳酸氢钠的生产工艺及设备》专利 (EP0015626)报导中，采用多段外部冷却方式，其将塔液从塔内引出，经脱气室、过饱和消除室后，用泵送至外冷却器进行冷却，再循环回到塔内。该专利技术方案的流程复杂，设备多，且在实际使用中发现，塔液中细晶不可能完全分离，循环液中夹带的晶粒必然被循环泵碎，使结晶变细，影响后续的过滤作业，因此该专利技术仅停留在室内试验阶段，此后未见其在工业生产中使用的报导。

2003年本领域技术人员提出了《氨碱法外冷碳化塔》技术方案 (ZL03234905.X)，该技术方案中的碳化塔采用三段外部自然循环冷却方式，以克服单段外冷碳化塔转化率低的问题，使外冷碳化塔能在氨碱法生产纯碱中使用。但该技术方案仅完成了中间试验阶段，当实际使用时发现因存在连续制碱作业时间较短和大型化时冷却段高度超过塔总高60％，会使结晶变细的问题，最终未能在工业生产中使用，而该技术方案所述的碳化塔仅适用于氨碱法。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，该碳化塔可大型化、二氧化碳吸收效率和碳化转化率高、传热效率高、连续制碱作业时间长、成品铁含量低、碳酸氢钠结晶粒度大、高效高性价比，既能适用于联碱法又可适用于氨碱法。

本实用新型的技术方案是：

一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，包括自上向下依次连通设置的上段塔体、中段塔体和下段塔体，其中

所述上段塔体内沿该上段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块上段塔板，每块上段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的上段降液管，该上段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该上段降液管的上端高出上段塔板的塔板面；

所述中段塔体内沿该中段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块中段塔板，每块中段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的中段降液管，该中段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该中段降液管的上端与中段塔板的塔板面齐平；

所述下段塔体至少分为两段冷却区，每段冷却区的塔体外部定位设有至少两个与该段冷却区内部连通的外冷器，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；每段冷却区内自上向下依次间隔设有一下段塔板、一集气板和一环形塔板，所述下段塔板的中心处装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的下段降液管，该下段降液管呈锥形结构，且该下段降液管的上端与下端塔板的塔板面齐平；所述环形塔板的中心处开设有一供循环液流动的圆孔形通道。

其进一步的技术方案是：

相邻上段塔板的上段降液管相对上段塔体的轴线对称分布且位于上段塔板的边缘处，相邻中段塔板的中段降液管相对中段塔体的轴线对称分布且位于中段塔板的边缘处；且所述上段降液管的横截面面积大于上段塔板横截面面积的 5％，所述中段降液管的横截面面积大于中段塔板横截面面积的5％。

所述上段塔板的筛孔直径为8-20mm，所述中段塔板的筛孔直径为 10-30mm，所述下段塔板的筛孔直径为20-40mm，所述环形塔板的筛孔直径为 20-30mm，且上段塔板、中段塔板、下段塔板和环形塔板的孔距为150-250mm 且开孔率为0.15-1.4％。

所述集气板呈圆锥状结构，且该圆锥状结构的中心处开设有一第一圆形通孔，该第一圆形通孔的孔周局部开设有锯齿状波纹结构。

所述下段塔体内位于最低端冷却区环形塔板的下方处装设有一所述下段塔板，紧邻该下段塔板的下方处定位设有一进气分布器，该进气分布器呈圆锥状结构且该圆锥状结构的中心处开设有一第二圆形通孔。

所述下段塔体的外周侧壁上对应进气分布器侧周面处开设有用于向碳化塔内通气体的进气口，所述上段塔体的顶部处开设有供尾气排出的尾气出口；所述上段塔体的外周侧壁上高出最顶部上段塔板处开设有用于向碳化塔内通液体的进液口，所述下段塔体的底部处开设有供液体排出的出液口。

每个所述外冷器与下段塔体间均采用横截面呈扁圆形结构的连接管焊接式连接，且该连接管的中心轴线与碳化塔塔体的中心轴线之间形成20-30°的倾斜夹角；所述外冷器的入口管处均装设有一孔径小于冷却管内径的大孔格网。

所述下段塔体的冷却区为三段，且每段冷却区的塔体外部定位设有四个与该段冷却区内部连通的外冷器。

所述上段塔体、中段塔体和下段塔体均采用碳钢-不锈钢复合板成型，且朝向塔体内部面采用不锈钢层；碳化塔的塔内部件均采用不锈钢成型；所述外冷器的壳体及折流板采用碳钢成型，外冷器的管板采用碳钢-不锈钢复合板或碳钢 -钛复合板成型且朝向管板内部面采用不锈钢层或钛层，外冷器的冷却管采用不锈钢或钛成型。

所述上段塔体的外部定位设有一与上段塔体内部连通的气体分流管，该气体分流管的一端开设于上段塔体侧壁上高于最顶部上段塔板处，该气体分流管的另一端开设于上段塔体侧壁上低于最底部上段塔板处。

本实用新型的创新点在于：

1、多段外部自然循环冷却。索尔维塔为笠帽、水箱内冷式结构，该塔下部设8-12个冷却水箱，下部塔体要开多个长方形大开孔，严重削弱塔壁强度，一般采取增加下部塔体壁厚及增设加强筋板解决，即便如此下部塔体最大直径只能做到约3.5m，如再放大，整个下部塔体因壁厚太大，在制造过程中要进行热处理，增大制造难度及费用，所以难于进一步大型化。外冷碳化塔不存在塔体大开孔，设备制造简单，且可大型化，但前面已经提到现在广泛使用的都是单段外冷，碳化转化率较低，不能用于氨碱法生产纯碱。专利ZL03234905.X中提到的“氨碱法外冷碳化塔”技术虽然也采用多段外部冷却并也能用于氨碱法，但因连续制碱作业时间较短，且大型化时冷却段高度超过塔总高60％以上，会影响结晶质量，因此未能在实际生产中应用。

本申请下述技术内容，解决了上述现有技术中多段外冷碳化塔存在的问题：

(1)专利ZL03234905.X中制碱作业周期短的一个主要原因是该塔采用碳钢加防腐层作为塔体，由于防腐层表面光滑，塔作业几小时后塔壁结疤脱落，脱落的疤片堵塞冷却管及塔内流道，致使塔作业时间缩短；虽然该专利也提到可以采用不锈钢材质塔体，不锈钢塔体疤片不易脱落，但全不锈钢塔造价较高，影响性价比。本实用新型塔体采用不锈钢-碳钢复合板制作，解决了疤片脱落影响塔作业时间问题，且设备造价较低。

(2)专利ZL03234905.X中氨碱外冷碳化塔作业周期短的另一原因是因为冷却段塔液中结晶含量多，塔板筛孔容易被堵塞，影响作业周期。以往国内外报导的筛板碳化塔只在塔的中、上部采用筛板塔板，塔下部因塔液中结晶含量高，仍采用笠帽塔板。本申请下部采用多段外冷结构，一般为三段结构，冷却段只有约4块下段塔板，这4块下段塔板要达到多段内冷塔中8-10块塔板的效率，必须采用效率高的筛板塔板。本申请中冷却段下段塔板采用锥形降液管，尽量扩大降液管所占面积，缩小塔板开孔部分面积，在筛孔孔距符合要求的情况下，减少孔数，增大孔径，从而既达到在下段塔板下形成气垫层，提高塔板效率，又有较大的筛孔直径，使筛孔不易堵塞，因此4块这种塔板的效率完全可以达到内冷塔10块左右笠帽塔板的效率，塔的作业时间也达到要求。

(3)专利ZL03234905.X中氨碱法外冷碳化塔作业周期短的另一个原因是碳化塔与外冷器连接的是水平管，其容易堆积结晶从而降低外冷器循环量，影响传热效率，从而缩短塔的作业时间。本申请通过计算使连接管内达到一定的流速，并将水平管改为有一定坡度的斜管，解决了连接管内堆碱问题。

(4)专利ZL03234905.X中氨碱法外冷碳化塔大型化时冷却段高度超过塔高60％，影响结晶质量问题。本实用新型采取a)将塔与外冷器之间的连接管由圆形改为扁圆形，降低高度；b)将连接管由法兰连接改为焊接连接，压缩高度；c)相邻二外冷器平面布置上错位排列，也可压缩冷却段高度。采取上述措施后，大型多段外冷塔冷却段高度降至塔总高的50％左右，符合要求。

采用上述几项开发的技术后，多段外部自然循环冷却碳化塔解决了现有技术存在的问题，实现了大型化和工业生产应用。

2、塔内各段塔体的塔板采用不同形状的降液管。以往国外文献介绍的筛板碳化塔降液管都为圆形截面，且降液管上端均高出塔板面。本申请在前述技术方案中已进行详细叙述，不同塔段内采用不同形状的降液管，达到稳定塔的吸效率，延长塔的作业周期；其中塔中、上部采用弦弧形截面降液管，降液管面积大于塔截面积的5％，可避免操作波动时塔液位下降，气体从降液管通过，发生气顶事故。

3、外冷器入口管上装有大孔格网，防止疤片进入外冷器，堵塞冷却管。

4、联碱塔设置气体分流管。联碱生产用高浓度二氧化碳制碱，当制碱作业时塔上部气量很少，但在清洗作业时，用空分污氮作清洗气，塔上部气量很大。为保持筛板塔板制碱作业时的板效率，上部塔板的开孔率很低，为适应清洗作业大气量工况，在塔的中上部增设气体分流管。清洗时塔上部气量大，上部塔板下的气垫层厚度增加，当气垫层厚度超过一定值时，塔板下的气体就会通过塔外气体分流管分流至塔顶。

本实用新型的有益技术效果是：

1、该碳化塔可大型化。现有索尔维碳化塔单塔能力用于氨碱法最高能力只能达到250-280t/d，用于联碱法最高只能达到220-240t/d，而本实用新型碳化塔用于氨碱法最高可达500-600t/d，用于联碱法最高可达450-500t/d，是目前世界上能力最大的碳化塔。

2、二氧化碳吸收效率和碳化转化率高。由于全塔均采用以液相为连续相的筛板塔板，塔板数量虽比笠帽内冷塔少，但因塔板效率高，制碱塔尾气CO₂量可降至0.2-3.0％，远低于索尔维碳化塔尾气CO₂含量；且用于氨碱法时的碳化转化率可达75-76％，用于联碱法碳化塔取出液固定氨可达86-90tt。

3、传热效率高。内冷式碳化塔制碱作业周期内平均传热系数200Kcal/m²·h·℃左右，本实用新型的碳化塔制碱作周期内平均传系数达500 Kcal/m²·h·℃左右。

4、连续制碱作业时间长。该碳化塔制碱作业时间达到72-96小时，而索尔维碳化塔用于联碱法时的制碱作业周期只能达到48小时。碳化塔内因有结晶过程，冷却管表面和塔壁都会结疤，作业到一定时间后要换下进行清洗，因此通常几台塔组成一组，其中一台清洗，另外几台制碱。索尔维碳化塔用于联碱法时，只能三塔一组，其中两台制碱，一台清洗。本实用新型的碳化塔用于联碱时，由于制碱作业时间长，可实现4-5塔一组，一台清洗其余几台制碱，因此塔的利用率高，可节省建设费用。

5、成品铁含量低。由于本塔塔体采用碳钢-不锈钢复合板，塔内件尤其是塔板采用不锈钢材质，因此成品中铁含量低于铸铁塔，一般成品中铁含量约 7-10ppm，产品白度高，深受用户欢迎。

6、碳酸氢钠结晶粒度大。一般索尔维碳化塔取出液中碳酸氢钠结晶平均粒径约100μm，本塔平均粒径可达150-200μm，结晶粒度大可提高后续分离工序的设备能力，降低滤饼水份，从而降低煅烧工序能耗。根据有关研究当结晶平均粒径达到150μm以上时，可以采用离心机直接分离碳化取出液，这样滤饼水份可从目前真空过滤的16-20％，降至12％左右，从而可大幅度降低生产能耗。

7、有利于环境保护。由于塔吸收效率高，降低了排空尾气的二氧化碳量；此外铸铁索尔维碳化塔冷却管与管板的连接处采用胶圈密封结构，往往会发生少量塔液漏入冷却水中，致使循环冷却水排污液中氨氮量超标，而本塔外冷器冷却管与管板联接采用焊接结构，不会发生塔液泄漏到冷却水中；且由于采用碳钢-不锈钢复合板塔体，耐蚀性能好，可杜绝设备泄漏影响环境。

8、该碳化塔使用寿命长、日常维修量很少；由于设备可大型化及采用外冷结构，设备重量较轻，造价较低，制造周期短；既能适用于联碱法又可适用于氨碱法。

综合上述各点，本实用新型是一种兼具内冷塔与外冷塔的优点，性价比高的碳化设备，有望成为新一代碳化塔被推广使用。

附图说明

图1是本实用新型用于氨碱法的大型碳化塔结构示意图；

图2是本实用新型用于联碱法的大型碳化塔结构示意图；

图3是本实用新型上段塔板(中段塔板)及设置于其上的上段降液管(中段降液管)的俯视示意图；

图4是本实用新型下段塔板及设置于其上的下段降液管的俯视示意图；

图5是本实用新型所述集气板的俯视示意图；

图6是本实用新型所述进气分布器的俯视示意图；

图7是本实用新型碳化塔与外冷器的平面布置图，其中阴影部分为相邻冷却区外冷器的平面位置；

其中：

1-上段塔体； 2-中段塔体；

3-下段塔体； 4-上段塔板；

5-上段降液管； 6-中段塔板；

7-中段降液管； 8-外冷器；

9-下段塔板； 10-集气板；

11-环形塔板； 12-下段降液管；

13-圆孔形通道； 14-第一圆形通孔；

15-锯齿状波纹结构； 16-进气分布器；

17-第二圆形通孔； 18-进气口；

19-尾气出口； 20-进液口；

21-出液口； 22-连接管；

23-气体分流管。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本申请详细记载了一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，该碳化塔包括自上向下依次连通设置的上段塔体1、中段塔体2和下段塔体3，其中中段塔体的直径D2是上段塔体的直径D1的1.0-1.8倍，中段塔体的直径D2是下段塔体的直径D3的1.25-1.30倍。其中下段塔体的外周侧壁上开设有用于向碳化塔内通气体的进气口18，上段塔体的顶部处开设有供尾气排出的尾气出口19；上段塔体的外周侧壁上开设有用于向碳化塔内通液体的进液口20，下段塔体的底部处开设有供液体排出的出液口21。该碳化塔整体的内部设有若干块以液相为连续相且带降液管的低开孔率筛板塔板，具体如下所述。

上段塔体1内沿该上段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块上段塔板4，该上段塔板的筛孔直径为8-20mm，且该上段塔板的孔距为150-250mm 且开孔率为0.15-1.4％。各段塔体的各塔板的孔距和开孔率并不是固定不变的，其可根据进塔气体的成份、塔的工作压力等条件通过计算确定，对不同用户不同工艺条件，上述数据均为变化的。如采用联碱法全部用合成氨脱碳气，进气二氧化碳浓度达98-99％，如兑入炉气，进气浓度可能降至90％左右，如合成氨以天然气为原料，还需兑入浓度只有35-40％的窑气；如采用氨碱法使用炉气及窑气，由于设备结构及操作管理水平不同，炉气浓度70-92％，窑气浓度在35-42％，所以塔内尤其是上段塔体内不同条件下气量相差很大甚至差几十倍。因此其开孔率和孔距必然不同，必须通过计算确定，但开孔率和孔距的范围均在上述所限定的范围内，即孔距150-250mm，开孔率0.15-1.4％。其计算时根据该段塔体的气量、气体成分、温度、压力等工况，计算出形成气垫层所需气速，最后再计算出具体的筛孔直径、开孔率和孔距。进液口20开设于上段塔体的外周侧壁上高出最顶部上段塔板处。

每块上段塔板4上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的上段降液管5，每根上段降液管位于相应上段塔板的边缘处，且相邻上段塔板的上段降液管相对上段塔体的轴线对称分布。每根上段降液管的横截面面积大于该块上段塔板横截面面积的5％，且上段降液管5的横截面呈弦弧形结构，这样可避免操作波动时塔内液位下降，气体从上段降液管通过，发生气顶事故。此外该上段降液管的上端高出上段塔板的塔板面，这样当操作波动出现塔内液位下降时，每块上段塔板上均能保持一定的液位，仍能保持塔的效率。

中段塔体2内沿该中段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块中段塔板6，该中段塔板的筛孔直径为10-30mm，且该中段塔板的孔距为150-250mm 且开孔率为0.15-1.4％，其具体的孔距和开孔率可依据前述上段塔板的计算模式进行计算得到，但中段塔板的筛孔直径、孔距和开孔率均在上述所限定的范围内。

每块中段塔板6上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的中段降液管7，同上段降液管一样，每根中段降液管均位于相应中段塔板的边缘处，且相邻中段塔板的中段降液管相对中段塔体的轴线对称分布。每根中段降液管7 的横截面面积大于该块中段塔板横截面面积的5％，中段降液管7的横截面呈弦弧形结构，这样可避免操作波动时塔内液位下降，气体从上段降液管通过，发生气顶事故。此外中段降液管的上端与中段塔板的塔板面齐平，这是因为当出现操作波动时，液位不可能降至塔体中段处，而且中段塔体内结晶较多，粒度较大，中段降液管的上端与中段塔板齐平，结晶更容易向下流动，防止中部塔板堆积结晶而缩短塔的作业时间。

下段塔体3至少分为两段冷却区，该冷却区也可称为外部自然循环冷却段，本申请中优选分为三段冷却区。每段冷却区的塔体外部定位设有至少两个与该段冷却区内部连通的外冷器8，本申请中每段冷却区优选设置二至四个外冷器，更优设置四个均匀间隔排布的外冷器。每个外冷器8与下段塔体之间的连接均采用特殊设计的不带法兰的连接管22焊接式连接，此种连接方式由法兰连接改为焊接连接大大压缩了冷却段高度；连接管22的横截面呈扁圆形结构，与横截面为圆形的连接管相比可降低冷却段高度；且该连接管的中心轴线与碳化塔塔体的中心轴线之间形成20-30°的倾斜夹角使连接管呈一定的斜度，其中位于外冷器上部的连接管由内向外自上向下倾斜，位于外冷器下部的连接管由内向外自下向上倾斜，这样可利用塔内含气液体与外部基本不含气液体之间的重度差进行自然循环冷却，同时该具有一定倾斜度的连接管结合连接管内具有一定流速的流体流动，可避免连接管内出现堆碱的问题。相邻两段冷却区的外冷器8 在平面上交错布置，也可压缩冷却段高度，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接。此外外冷器8的入口管处均装设有一孔径小于冷却管内径的大孔格网，用于防止塔内疤片进入外冷器，堵塞冷却管。

每段冷却区内自上向下依次间隔设有一下段塔板9、一集气板10和一环形塔板11。

其中下段塔板9的筛孔直径为20-40mm，且该下段塔板的孔距为 150-250mm且开孔率为0.15-1.4％，其具体的孔距和开孔率可依据前述上段塔板的计算模式进行计算得到，但下段塔板的筛孔直径、孔距和开孔率均在上述所限定的范围内。此外，下段塔板9的中心处装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的下段降液管12，该下段降液管呈锥形结构，且该下段降液管的上端与下端塔板的塔板面齐平。

其中集气板10呈圆锥状结构，且该圆锥状结构的中心处开设有一第一圆形通孔14，该第一圆形通孔的孔周局部开设有锯齿状波纹结构15。塔内在集气板以下，气体在塔的环形空间上升，集气板是将环形部分上升的气体集中到塔中心部分，使集气板到上一块塔板之间的塔段，气体在中心部分上升，环形空间为基本上不含气的液体，此液体进入外冷器循环，使循环液保持基本不含气。该集气板与塔体之间采用焊接方式连接。

其中环形塔板11的筛孔直径为20-30mm，该环形塔板的孔距为150-250mm 且开孔率为0.15-1.4％，其具体的孔距和开孔率可依据前述上段塔板的计算模式进行计算得到，但环形塔板的筛孔直径、孔距和开孔率均在上述所限定的范围内。此外，环形塔板11的中心处开设有一供循环液流动的圆孔形通道13。

下段塔体3内位于最低端冷却区环形塔板的下方处装设有一前述下段塔板 9，紧邻该下段塔板的下方处定位设有一进气分布器16，该进气分布器呈圆锥状结构且该圆锥状结构的中心处开设有一第二圆形通孔17，所述的进气口18 开设于下段塔体的外周侧壁上对应该进气分布器侧周面处。

本申请所述碳化塔的塔体包括上段塔体1、中段塔体2和下段塔体3，这些塔体均采用碳钢-不锈钢复合板成型，且朝向塔体内部面采用不锈钢层。碳化塔的塔内部件均采用不锈钢成型，如上段塔板、中段塔板、下段塔板、环形塔板、集气板、进气分布器、降液管等。外冷器8的壳体及折流板采用碳钢成型，外冷器8的管板采用碳钢-不锈钢复合板或碳钢-钛复合板成型且朝向管板内部面采用不锈钢层或钛层，外冷器8的冷却管采用不锈钢或钛成型。

本申请所述的碳化塔适用于氨碱法和联碱法生产纯碱。当用于联碱法生产纯碱时，联碱生产用高浓度二氧化碳制碱，虽然在制碱作业时塔上部气量很少，但在进行清洗作业时，用空分污氮作为清洗气，则联碱塔(用联碱法生产穿件的碳化塔)的上部气量很大。为保持筛板塔板制碱作业时的板效率，上段塔板的开孔率很低，同时为了适应清洗作业大气量工况，在上段塔体1的外部位于中上部处定位设有一与上段塔体内部连通的气体分流管23，该气体分流管的一端开设于上段塔体侧壁上高于最顶部上段塔板处，该气体分流管的另一端开设于上段塔体侧壁上低于最底部上段塔板处。清洗时塔上部气量大，上段塔板下的气垫层厚度增加，当气垫层厚度超过一定值时，上段塔板下的气体就会通过该气体分流管分流至塔顶。

具体实施例1

本实施例给出的用于联碱法的大型碳化塔如图2所示，其生产纯碱日产 330-360吨，为三段式外部自然循环冷却碳化塔。该大型碳化塔由自上向下依次连通设置的上段塔体1、中段塔体2和下段塔体3组成，其中上段塔体的直径为2.8m，中段塔体的直径为4.5m，下段塔体的直径为3.5m，塔总高为32m。下段塔体的外周侧壁上开设有用于向塔内通气体的进气口18，上段塔体的顶部处开设有供尾气排出的尾气出口19；上段塔体的外周侧壁上开设有用于向塔内通液体的进液口20，下段塔体的底部处开设有供液体排出的出液口21。

该塔内部设有若干块以液相为连续相且带降液管的低开孔率筛板塔板。本具体实施例中上段塔体1内沿其径向截面自上向下依次间隔设置7块上段塔板 4，上段塔板之间的板间距为450-600mm；中段塔体2内沿该其径向截面自上向下依次间隔设有7块中段塔板6，中段塔板之间的板间距为900-1200m；下段塔体3分为三段外部自然循环冷却区，每段冷却区内部沿其径向截面自上向下依次间隔设有一下段塔板9、一集气板10和一环形塔板11，并在最低端冷却区环形塔板的下方处装设有一下段塔板9，则下段塔体3内共设有4块下段塔板9、 3块集气板10和3块环形塔板11，下段塔板与集气板之间的间距为1700mm，集气板与环形塔板之间的间距为1700mm，下段塔体内各板之间的距离因塔的生产能力和塔径不同有所变化，但变化范围不超过±10％。

下段塔体三段冷却区中每段冷却区的塔体外部定位设有4台直径为1.4m的外冷器8，三段共12台外冷器，总冷却面积为1584m²。相邻两段冷却区的外冷器8在平面上交错布置，且每台外冷器8与下段塔体之间的连接采用不带法兰的连接管22焊接式连接，连接管22横截面呈扁圆形结构，且连接管的中心轴线与塔体中心轴线之间形成20°的倾斜夹角。

在上段塔体1的外部位于中上部处定位设有一与上段塔体内部连通的气体分流管23，该气体分流管的一端开设于上段塔体侧壁上高于最顶部上段塔板处，该气体分流管的另一端开设于上段塔体侧壁上低于最底部上段塔板处。

该大型碳化塔的主要材质如下：

塔体：由上段塔体、中段塔体和下段塔体组成的塔体均采用碳钢-不锈钢复合板成型，且朝向塔体内部面采用不锈钢层。

塔内件：如上段塔板、中段塔板、下段塔板、环形塔板、集气板、进气分布器、降液管等，均采用不锈钢。

外冷器壳体及折流板：碳钢。

外冷器管板：碳钢-钛复合板，且朝向管板内部面采用钛层。

外冷器冷却管：钛。

具体实施例2

本实施例给出的用于联碱法的大型碳化塔如图2所示，其生产纯碱日产 450-500吨，为三段式外部自然循环冷却碳化塔。该大型碳化塔由自上向下依次连通设置的上段塔体1、中段塔体2和下段塔体3组成，其中上段塔体的直径为3.0m，中段塔体的直径为5.0m，下段塔体的直径为4.0m，塔总高为32.7m。塔体的进气口18、尾气出口19、进液口20和出液口21与具体实施例1中设置相同。塔内各段塔板的设置情况与具体实施例1中设置相同。

下段塔体的三段冷却区中每段冷却区的塔体外部定位设有4台直径为1.5m 的外冷器8，三段共12台外冷器，总冷却面积为2256m²。相邻两段冷却区的外冷器8在平面上交错布置，且每台外冷器8与下段塔体之间的连接采用不带法兰的连接管22焊接式连接，连接管22横截面呈扁圆形结构，且连接管的中心轴线与塔体中心轴线之间形成30°的倾斜夹角。

在上段塔体1的外部位于中上部处定位设有一与上段塔体内部连通的气体分流管23，该气体分流管的一端开设于上段塔体侧壁上高于最顶部上段塔板处，该气体分流管的另一端开设于上段塔体侧壁上低于最底部上段塔板处。

该大型碳化塔的主要材质如下：

塔体：同具体实施例1。

塔内件：同具体实施例1。

外冷器壳体及折流板：同具体实施例1。

外冷器管板：碳钢-不锈钢复合板，且朝向管板内部面采用不锈钢层。

外冷器冷却管：不锈钢。

具体实施例3

本实施例给出的用于氨碱法的大型碳化塔如图1所示，其生产纯碱日产500 吨，为三段式外部自然循环冷却碳化塔。该大型碳化塔由自上向下依次连通设置的上段塔体1、中段塔体2和下段塔体3组成，其中上段塔体的直径为4.5m，中段塔体的直径为4.5m，下段塔体的直径为3.6m，塔总高为33.2m。塔体的进气口18、尾气出口19、进液口20和出液口21与具体实施例1中设置相同。

该塔内部设有若干块以液相为连续相且带降液管的低开孔率筛板塔板。本具体实施例中上段塔体内沿其径向截面自上向下依次间隔设置8块上段塔板4，中段塔体2内沿该其径向截面自上向下依次间隔设有8块中段塔板6，且上段塔板和中段塔板的板间距同具体实施例1；下段塔体3分为三段外部自然循环冷却区，其内部塔板的设置同具体实施例1中所述。

下段塔体三段冷却区中每段冷却区的塔体外部定位设有4台直径为1.6m的外冷器8，三段共12台外冷器，总冷却面积为2592m²。相邻两段冷却区的外冷器8在平面上交错布置，且每台外冷器8与下段塔体之间的连接采用不带法兰的连接管22焊接式连接，连接管22横截面呈扁圆形结构，且连接管的中心轴线与塔体中心轴线之间形成25°的倾斜夹角。

本具体实施例中不需设置气体分流管23。

该大型碳化塔的主要材质如下：

塔体：同具体实施例1。

塔内件：同具体实施例1。

外冷器壳体及折流板：同具体实施例1。

外冷器管板：碳钢-不锈钢复合板，且朝向管板内部面采用不锈钢层。

外冷器冷却管：不锈钢。

具体实施例4

本实施例给出的用于氨碱法的大型碳化塔如图1所示，其生产纯碱日产600 吨，为三段式外部自然循环冷却碳化塔。该大型碳化塔由自上向下依次连通设置的上段塔体1、中段塔体2和下段塔体3组成，其中上段塔体的直径为5m，中段塔体的直径为5m，下段塔体的直径为4m，塔总高为33.2m。该碳化塔的其他结构均与具体实施例3中所述相同。

该大型碳化塔的塔体、塔内件、外冷器壳体及折流板、外冷器管板和外冷器冷却管的材质均与具体实施例3中所述相同。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：包括自上向下依次连通设置的上段塔体(1)、中段塔体(2)和下段塔体(3)，其中

所述上段塔体(1)内沿该上段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块上段塔板(4)，每块上段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的上段降液管(5)，该上段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该上段降液管的上端高出上段塔板的塔板面；

所述中段塔体(2)内沿该中段塔体的径向截面自上向下依次间隔设有若干块中段塔板(6)，每块中段塔板上均装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的中段降液管(7)，该中段降液管的横截面呈弦弧形结构，且该中段降液管的上端与中段塔板的塔板面齐平；

所述下段塔体(3)至少分为两段冷却区，每段冷却区的塔体外部定位设有至少两个与该段冷却区内部连通的外冷器(8)，相邻两段冷却区的外冷器在平面上交错布置，且所有冷却区同侧的外冷器进出水口首尾相接；每段冷却区内自上向下依次间隔设有一下段塔板(9)、一集气板(10)和一环形塔板(11)，所述下段塔板(9)的中心处装设有一轴线沿竖直方向设置且两端连通的下段降液管(12)，该下段降液管呈锥形结构，且该下段降液管的上端与下端塔板的塔板面齐平；所述环形塔板(11)的中心处开设有一供循环液流动的圆孔形通道(13)。

2.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：相邻上段塔板的上段降液管(5)相对上段塔体的轴线对称分布且位于上段塔板的边缘处，相邻中段塔板的中段降液管(7)相对中段塔体的轴线对称分布且位于中段塔板的边缘处；且所述上段降液管的横截面面积大于上段塔板横截面面积的5％，所述中段降液管的横截面面积大于中段塔板横截面面积的5％。

3.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述上段塔板(4)的筛孔直径为8-20mm，所述中段塔板(6)的筛孔直径为10-30mm，所述下段塔板(9)的筛孔直径为20-40mm，所述环形塔板(11)的筛孔直径为20-30mm，且上段塔板、中段塔板、下段塔板和环形塔板的孔距为150-250mm且开孔率为0.15-1.4％。

4.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述集气板(10)呈圆锥状结构，且该圆锥状结构的中心处开设有一第一圆形通孔(14)，该第一圆形通孔的孔周局部开设有锯齿状波纹结构(15)。

5.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述下段塔体(3)内位于最低端冷却区环形塔板的下方处装设有一所述下段塔板(9)，紧邻该下段塔板的下方处定位设有一进气分布器(16)，该进气分布器呈圆锥状结构且该圆锥状结构的中心处开设有一第二圆形通孔(17)。

6.根据权利要求5所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述下段塔体的外周侧壁上对应进气分布器侧周面处开设有用于向碳化塔内通气体的进气口(18)，所述上段塔体的顶部处开设有供尾气排出的尾气出口(19)；所述上段塔体的外周侧壁上高出最顶部上段塔板处开设有用于向碳化塔内通液体的进液口(20)，所述下段塔体的底部处开设有供液体排出的出液口(21)。

7.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：每个所述外冷器(8)与下段塔体间均采用横截面呈扁圆形结构的连接管(22)焊接式连接，且该连接管的中心轴线与碳化塔塔体的中心轴线之间形成20-30°的倾斜夹角；所述外冷器的入口管处均装设有一孔径小于冷却管内径的大孔格网。

8.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述下段塔体(3)的冷却区为三段，且每段冷却区的塔体外部定位设有四个与该段冷却区内部连通的外冷器(8)。

9.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述上段塔体(1)、中段塔体(2)和下段塔体(3)均采用碳钢-不锈钢复合板成型，且朝向塔体内部面采用不锈钢层；碳化塔的塔内部件均采用不锈钢成型；所述外冷器(8)的壳体及折流板采用碳钢成型，外冷器(8)的管板采用碳钢-不锈钢复合板或碳钢-钛复合板成型且朝向管板内部面采用不锈钢层或钛层，外冷器(8)的冷却管采用不锈钢或钛成型。

10.根据权利要求1所述的多段外部自然循环冷却大型碳化塔，其特征在于：所述上段塔体(1)的外部定位设有一与上段塔体内部连通的气体分流管(23)，该气体分流管的一端开设于上段塔体侧壁上高于最顶部上段塔板处，该气体分流管的另一端开设于上段塔体侧壁上低于最底部上段塔板处。

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