CN211659302U - 用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，属于粘胶纤维生产中二硫化碳冷凝回收技术领域。在本实用新型中，一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器和四级冷凝器四者之间形成冷凝通路，常温介质储罐与三级冷凝器之间形成三级冷凝介质通路，三级冷凝器与二级冷凝器之间形成二级冷凝介质通路，二级冷凝器与一级冷凝器之间形成一级冷凝介质通路，低温介质储罐与四级冷凝器之间形成四级冷凝介质通路。一方面实现将粘胶纤维生产中二硫化碳最大程度的回收，另一方面将热能梯级回用，节约能源，同时，解决现有技术中冷凝设备由于局部骤冷而导致二硫化碳冷凝成液体流入蒸汽冷凝水槽的问题，进而降低安全风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种二硫化碳的冷凝系统，尤其涉及用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，属于粘胶纤维生产中二硫化碳冷凝回收技术领域。
背景技术
粘胶纤维是一种能与天然纤维和合成纤维相媲美的性能优异的再生纤维，在其生产过程中，主要包括：碱纤维素制造、黄化、制胶、纺丝、塑化拉伸、切断以及后处理精炼、烘干和打包，其中，在黄化工序时，需要加入二硫化碳与碱纤维素反应，生成可溶解在碱液中的黄原酸酯。黄化反应中，二硫化碳一部分被转化为硫化氢和单质硫，另一部分（65%以上）仍以二硫化碳形式存在而未参与反应，且这些未参与反应的二硫化碳少部分在纺丝浴中逸出，大部分被残留在丝束中，随之进入塑化浴。丝束中二硫化碳含量占二硫化碳加入量的50～60%，若将该部分二硫化碳外排，不仅是浪费，而且还会污染环境，所以，在塑化拉伸过程中，将丝束中二硫化碳进行回收，对于提高经济效益和保护环境十分有利。在实际的工业生产过程中，由于丝束在塑化浴时蒸发排出的主要包括二硫化碳与水蒸汽的混合气体，故一般采用冷凝法回收二硫化碳。
目前，所采用的冷凝设备还存在如下的技术问题：
1）二硫化碳气体冷凝不充分，排放尾气中二硫化碳气体含量仍高，造成二硫化碳浪费，同时污染环境；
2）二硫化碳气体经过冷凝设备换热时，高温二硫化碳混合气体与低温冷凝接介质接触时，温差较大，局部骤冷，导致少量二硫化碳气体冷凝成液体而流入蒸汽冷凝水槽，造成安全风险；
3）在冷凝过程中，热能损失较大，造成热能资源浪费。
专利文献“一种粘胶纤维生产中二硫化碳的回收装置，CN103331078A”中，公开有：包括碱喷淋塔、吸收塔、换热器、解析塔、冷凝器和气液分离器，所述的喷淋塔连接吸收塔，吸收塔连接换热器，换热器连接解析塔，解析塔连接冷凝器，冷凝器连接气液分离器。在该专利文献中，先降温再升温最后再降温，能耗过高，成本过高；使用白油、NaOH等化工药剂处理，成本高，且NaOH与H2S会产生Na2S或NaHS等二次污染物；将二硫化碳气体冷凝至-10~5℃，冷能耗较高；同时，未涉及能量的回收及利用。
专利文献“一种粘胶纤维生产过程中采用双冷凝器回收二硫化碳的方法，CN101413155”中，公开：采用双冷凝器进行冷却回收碱纤维素黄化的二硫化碳，双冷凝器装在二浴槽上，二浴槽的长度道20～22米。年产10万吨粘胶纤维，一年可多回收2360吨二硫化碳，以现市场5000元/吨计算，可节约1180万元。在该专利文献中，采用两个冷凝器对二硫化碳进行冷凝回收，但其也未涉及有热能的回收，以及冷凝器中冷凝介质的回用。
发明内容
本实用新型旨在克服现有技术的不足，而提出了用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统。在本技术方案中，通过一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器、四级冷凝器、常温介质储罐和低温介质储罐等设置，形成冷凝通路、一级冷凝介质通路、二级冷凝介质通路、三级冷凝介质通路及四级冷凝介质通路，一方面实现将粘胶纤维生产中二硫化碳最大程度的回收，另一方面将热能梯级回用，节约能源，同时，解决现有技术中冷凝设备由于局部骤冷而导致二硫化碳冷凝成液体流入蒸汽冷凝水槽的问题，进而降低安全风险。
为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，包括一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器、四级冷凝器、常温介质储罐和低温介质储罐；
所述一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器和四级冷凝器依次连接，且一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器和四级冷凝器四者之间形成冷凝通路；
所述常温介质储罐通过输送管与三级冷凝器上冷凝介质进口连接，常温介质储罐与三级冷凝器之间形成三级冷凝介质通路；三级冷凝器上冷凝介质出口通过输送管与二级冷凝器上冷凝介质进口连接，三级冷凝器与二级冷凝器之间形成二级冷凝介质通路；二级冷凝器上冷凝介质出口通过输送管与一级冷凝器上冷凝介质进口连接，二级冷凝器与一级冷凝器之间形成一级冷凝介质通路；
所述低温介质储罐通过输送管与四级冷凝器上冷凝介质进口连接，低温介质储罐与四级冷凝器之间形成四级冷凝介质通路。
进一步的，所述一级冷凝器与二级冷凝器之间通过用输送管连接，二级冷凝器与三级冷凝器之间通过法兰连接，三级冷凝器与四级冷凝器之间通过法兰连接。
进一步的，所述二级冷凝器设置在三级冷凝器上方，四级冷凝器设置在三级冷凝器下方。
进一步的，所述一级冷凝器通过输送管与粘胶纤维生产中的塑化槽连接，且一级冷凝器下端连接有蒸汽冷凝水槽；在一级冷凝器中，20～25%水蒸气被冷凝为冷凝水，冷凝水由于重力，被输送至蒸汽冷凝水槽中汇集，回用。
进一步的，所述一级冷凝器上冷凝介质出口通过输送管与粘胶生产工艺中的纤维洗涤装置连接，将该处高温冷凝介质（90～95℃）进行回用，充分回收热能，减少热能浪费。
进一步的，所述四级冷凝器连接有二硫化碳储罐。
进一步的，所述四级冷凝器上冷凝介质出口通过输送管连接有制冷装置，制冷装置充分利用低温冷凝介质（12～14℃），减少能源浪费。
进一步的，所述四级冷凝器连接有尾气回收装置，尾气回收装置连接有风机；风机抽气可使四级冷凝器内形成负压（100～400pa），该负压根据工艺进行调节，若冷凝效果差，将负压调小，气体流速慢，冷凝效果变好，进而保证二硫化碳的冷凝效率和质量。
进一步的，所述低温介质储罐配套设置于粘胶纤维生产工艺中，而不需另设制冷机组，其比新增配套设备更为经济。
进一步的，所述塑化槽连接有加热装置。
进一步的，所述冷凝介质为软水、氮气或惰性气体。
进一步的，所述四级冷凝器中负压为100～400pa。
在一级冷凝器中，冷凝介质进口设置在一级冷凝器上部，冷凝介质出口设置在一级冷凝器下部；在二级冷凝器中，冷凝介质进口设置在二级冷凝器下部，冷凝介质出口设置在二级冷凝器上部；在三级冷凝器中，冷凝介质进口设置在三级冷凝器下部，冷凝介质出口设置在三级冷凝器上部；在四级冷凝器中，冷凝介质进口设置在四级冷凝器下部，冷凝介质出口设置在四级冷凝器上部。
一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器和四级冷凝器均为现有成熟技术中的冷凝器，包括壳体及设置在壳体内输送二硫化碳气体（水蒸气）的列管和流通冷凝介质的夹套。
根据实际需求，在输送管上设置阀门。
根据实际需求，在塑化槽、一级冷凝器、二级冷凝器、三级冷凝器、四级冷凝器及输送管上设置温度计和压差计，便于实时关注冷凝（换热）过程，控制二硫化碳的回收工艺，以及能源梯度回收利用工序。
此外，所述的常温是指化工技术领域内通指的“常温”。
在本技术方案中，涉及的原理包括：
二硫化碳为危险化学品，其不溶于水，且密度比水大，所以水存在于液态二硫化碳的上层，故一般采用水密封来贮存二硫化碳，基于该原理，工厂通常也采用水压输送二硫化碳。
在本冷凝回收系统中，控制二级冷凝器、三级冷凝器和四级冷凝器均有水产生或存在，水同二硫化碳由二级冷凝器再依次进入三级冷凝器和四级冷凝器中；最后，水随二硫化碳进入二硫化碳储罐后是分层的（即上层是水，下层是二硫化碳），将水与二硫化碳分离，仅再向二硫化碳储罐中注入水（维持水压为0.2-0.3Mpa），就可通过压力将下层二硫化碳压排出。
采用本技术方案，带来的有益技术效果为：
1）在实用新型中，一方面实现将粘胶纤维生产中二硫化碳最大程度的回收，另一方面将热能梯级回用，节约能源；
2）在本实用新型中，将冷凝介质于冷凝介质通路（自三级冷凝器通入二级冷凝器中，再通入一级冷凝器）中进行梯级换热，充分回收热能，取缔了现有技术中常用的凉水池、凉水塔、水泵等，避免热能及电的浪费，同时节约生产场地；
3）在本实用新型中，高温二硫化碳与水蒸气的混合气体通入至一级冷凝器中，其与一级冷凝介质通路（温度为55～60℃）中冷凝介质接触时，温差缩小，有效避免了一级冷凝器由于局部骤冷而导致二硫化碳冷凝成液体流入蒸汽冷凝水槽的问题，进而降低安全风险，并提高设备使用寿命；
4）在本实用新型中，基于本冷凝回收系统，对二硫化碳进行回收工艺，将二硫化碳回收率提高2～3%，节约蒸汽约14T/h（约1890元/h），节约用电约357KW/h（约178.5元/h），节约成本约166.16元/吨丝（约1993.945万元/年）。其中，冷凝介质分别来源于常温介质储罐和低温介质储罐，该设置保证提供两种不同温度的介质，一方面为适应于不同冷凝器中的不同温度二硫化碳气体，另一方面，保证温差大，但又不浪费能源，提高换热效率，使得在短时间内及在有限的设备面积内，冷凝效果满足要求，同时提高冷凝介质接的使用率，保证冷凝回收系统及工艺的稳定性，以及提高工况环境的安全性。
附图说明
图1为本实用新型中工作原理图；
图2为本实用新型中冷凝装置主视图；
图3为本实用新型中冷凝装置俯视图；
图4为本实用新型中冷凝器剖视图；
其中，图中：1、塑化槽，2、一级冷凝器，3、二级冷凝器，4、三级冷凝器，5、四级冷凝器，6、二硫化碳储罐，7、常温介质储罐，8、低温介质储罐，9、蒸汽冷凝水槽，10、输送管，11、尾气回收装置，12、阀门，13、温度计，14、压差计，15、壳体，16、列管，17、夹套，18、制冷装置，19、纤维洗涤装置，20、冷凝介质进口，21、冷凝介质出口。
具体实施方式
下面通过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，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，包括一级冷凝器2、二级冷凝器3、三级冷凝器4、四级冷凝器5、常温介质储罐7和低温介质储罐8；
所述一级冷凝器2、二级冷凝器3、三级冷凝器4和四级冷凝器5依次连接，且一级冷凝器2、二级冷凝器3、三级冷凝器4和四级冷凝器5四者之间形成冷凝通路；
所述常温介质储罐7通过输送管10与三级冷凝器4上冷凝介质进口20连接，常温介质储罐7与三级冷凝器4之间形成三级冷凝介质通路；三级冷凝器4上冷凝介质出口21通过输送管10与二级冷凝器3上冷凝介质进口20连接，三级冷凝器4与二级冷凝器3之间形成二级冷凝介质通路；二级冷凝器3上冷凝介质出口21通过输送管10与一级冷凝器2上冷凝介质进口20连接，二级冷凝器3与一级冷凝器2之间形成一级冷凝介质通路；
所述低温介质储罐8通过输送管10与四级冷凝器5上冷凝介质进口20连接，低温介质储罐8与四级冷凝器5之间形成四级冷凝介质通路。
实施例2
在实施例1的基础上，更进一步的，
所述一级冷凝器2与二级冷凝器3之间通过用输送管10连接，二级冷凝器3与三级冷凝器4之间通过法兰连接，三级冷凝器4与四级冷凝器5之间通过法兰连接。
所述二级冷凝器3设置在三级冷凝器4上方，四级冷凝器5设置在三级冷凝器4下方。
实施例3
在实施例2的基础上，更进一步的，
所述一级冷凝器2通过输送管10与粘胶纤维生产中的塑化槽1连接，且一级冷凝器2下端连接有蒸汽冷凝水槽9；在一级冷凝器2中，20～25%水蒸气被冷凝为冷凝水，冷凝水由于重力，被输送至蒸汽冷凝水槽9中汇集，回用。
所述一级冷凝器2上冷凝介质出口21通过输送管10与粘胶生产工艺中的纤维洗涤装置19连接，将该处高温冷凝介质（90～95℃）进行回用，充分回收热能，减少热能浪费。
实施例4
在实施例3的基础上，更进一步的，
所述四级冷凝器5连接有二硫化碳储罐6。
所述四级冷凝器5上冷凝介质出口21通过输送管10连接有制冷装置18，制冷装置18充分利用低温冷凝介质（12～14℃），减少能源浪费。
所述四级冷凝器5连接有尾气回收装置11，尾气回收装置11连接有风机；风机抽气可使四级冷凝器5内形成负压（100～400pa），该负压根据工艺进行调节，若冷凝效果差，将负压调小，气体流速慢，冷凝效果变好，进而保证二硫化碳的冷凝效率和质量。
实施例5
在实施例4的基础上，更进一步的，
低温介质储罐8配套设置于粘胶纤维生产工艺中，而不需另设制冷机组，其比新增配套设备更为经济。
塑化槽1连接有加热装置。
冷凝介质可为软水，或者氮气，或者惰性气体。
四级冷凝器5中负压为100～400pa。
实施例6
在实施例5的基础上，更进一步的，
此外，在一级冷凝器2中，冷凝介质进口20设置在一级冷凝器2上部，冷凝介质出口21设置在一级冷凝器2下部；在二级冷凝器3中，冷凝介质进口20设置在二级冷凝器3下部，冷凝介质出口21设置在二级冷凝器3上部；在三级冷凝器4中，冷凝介质进口20设置在三级冷凝器4下部，冷凝介质出口21设置在三级冷凝器4上部；在四级冷凝器5中，冷凝介质进口20设置在四级冷凝器5下部，冷凝介质出口21设置在四级冷凝器5上部。
一级冷凝器2、二级冷凝器3、三级冷凝器4和四级冷凝器5均为现有成熟技术中的冷凝器，包括壳体15及设置在壳体15内输送二硫化碳气体（水蒸气）的列管16和流通冷凝介质的夹套17。
根据实际需求，在输送管10上设置阀门12。
根据实际需求，在塑化槽1、一级冷凝器2、二级冷凝器3、三级冷凝器4、四级冷凝器5及输送管10上设置温度计13和压差计14，便于实时关注冷凝（换热）过程，控制二硫化碳的回收工艺，以及能源梯度回收利用工序。
实施例7
本实施例涉及一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收方法，以对冷凝回收系统加以说明。具体包括如下步骤：
A.于塑化槽1中，在98℃的条件下，对纺丝后的丝束进行加热，然后，将产生的二硫化碳与水蒸气的混合气体以流量3600m3/h通入至一级冷凝器2中；
B.在一级冷凝器2中，二硫化碳与水蒸气的混合气体经一级冷凝通路中温度为58℃冷凝介质作用，得冷凝水和一级水蒸气与一级二硫化碳气体的混合气体，将冷凝水通入至蒸汽冷凝水槽9中汇集，将一级水蒸气与一级二硫化碳气体的混合气体以流量2700m3/h通入至二级冷凝器3中；其中，22%水蒸气被冷凝为冷凝水，剩余78%水蒸气即一级水蒸气；
C．在二级冷凝器3中，一级水蒸气与一级二硫化碳气体的混合气体经二级冷凝通路中温度为32℃冷凝介质作用，得冷凝水、液态二硫化碳和二级水蒸气与二级二硫化碳气体的混合气体，将冷凝水、液态二硫化碳和二级水蒸气与二级二硫化碳气体的混合气体以流量1500m3/h通入至三级冷凝器4中；其中，86%一级水蒸气被冷凝为冷凝水，剩余14%一级水蒸气降温后即二级水蒸气；1.5%一级二硫化碳气体被冷凝为液态二硫化碳，剩余97.5%一级二硫化碳气体降温后即二级二硫化碳气体；
D.在三级冷凝器4中，二级水蒸气与二级二硫化碳气体的混合气体经三级冷凝通路中常温冷凝介质作用，得冷凝水、液态二硫化碳和三级水蒸气与三级二硫化碳气体的混合气体，将冷凝水、液态二硫化碳和三级水蒸气与三级二硫化碳气体的混合气体以流量450m3/h通入至四级冷凝器5中；其中，99.5%二级水蒸气被冷凝为冷凝水，剩余0.5%二级水蒸气降温后即三级水蒸气；35%二级二硫化碳气体被冷凝为液态二硫化碳，剩余65%二级二硫化碳气体降温后即三级二硫化碳气体；
E．在四级冷凝器5中，控制负压为390pa，三级水蒸气与三级二硫化碳气体的混合气体经四级冷凝通路中温度为10℃冷凝介质作用，全部冷凝为冷凝水和液态二硫化碳，最后，将冷凝水和液态二硫化碳以流量1.9m 3/h通入至二硫化碳储罐6中。
经检测，得知：
在步骤A中，所述二硫化碳与水蒸气的混合气体温度为96℃；
在步骤B中，一级水蒸气与一级二硫化碳气体的混合气体温度为97℃；
在步骤C中，二级水蒸气与二级二硫化碳气体的混合气体温度为48℃；
在步骤D中，三级水蒸气与三级二硫化碳气体的混合气体温度为36℃。
基于冷凝回收系统，对二硫化碳进行回收工艺，将二硫化碳回收率提高2～3%，节约蒸汽约14T/h（约1890元/h），节约用电约357KW/h（约178.5元/h），节约成本约166.16元/吨丝（约1993.945万元/年）。
Claims (10)
1.用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：包括一级冷凝器（2）、二级冷凝器（3）、三级冷凝器（4）、四级冷凝器（5）、常温介质储罐（7）和低温介质储罐（8）；
所述一级冷凝器（2）、二级冷凝器（3）、三级冷凝器（4）和四级冷凝器（5）依次连接，且一级冷凝器（2）、二级冷凝器（3）、三级冷凝器（4）和四级冷凝器（5）四者之间形成冷凝通路；
所述常温介质储罐（7）通过输送管（10）与三级冷凝器（4）上冷凝介质进口（20）连接，常温介质储罐（7）与三级冷凝器（4）之间形成三级冷凝介质通路；三级冷凝器（4）上冷凝介质出口（21）通过输送管（10）与二级冷凝器（3）上冷凝介质进口（20）连接，三级冷凝器（4）与二级冷凝器（3）之间形成二级冷凝介质通路；二级冷凝器（3）上冷凝介质出口（21）通过输送管（10）与一级冷凝器（2）上冷凝介质进口（20）连接，二级冷凝器（3）与一级冷凝器（2）之间形成一级冷凝介质通路；
所述低温介质储罐（8）通过输送管（10）与四级冷凝器（5）上冷凝介质进口（20）连接，低温介质储罐（8）与四级冷凝器（5）之间形成四级冷凝介质通路。
2.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述一级冷凝器（2）与二级冷凝器（3）之间通过用输送管（10）连接，二级冷凝器（3）与三级冷凝器（4）之间通过法兰连接，三级冷凝器（4）与四级冷凝器（5）之间通过法兰连接。
3.根据权利要求1或2所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述二级冷凝器（3）设置在三级冷凝器（4）上方，四级冷凝器（5）设置在三级冷凝器（4）下方。
4.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述一级冷凝器（2）通过输送管（10）与粘胶纤维生产中的塑化槽（1）连接，且一级冷凝器（2）下端连接有蒸汽冷凝水槽（9）。
5.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述四级冷凝器（5）连接有二硫化碳储罐（6）。
6.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述一级冷凝器（2）上冷凝介质出口（21）通过输送管（10）与粘胶生产工艺中的纤维洗涤装置（19）连接，四级冷凝器（5）上冷凝介质出口（21）通过输送管（10）连接有制冷装置（18）。
7.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述四级冷凝器（5）连接有尾气回收装置（11），尾气回收装置（11）连接有使四级冷凝器（5）内形成负压的风机。
8.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述冷凝介质为软水、氮气或惰性气体。
9.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：所述四级冷凝器（5）中负压为100～400pa。
10.根据权利要求1所述的用于粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收系统，其特征在于：在一级冷凝器（2）中，冷凝介质进口（20）设置在一级冷凝器（2）上部，冷凝介质出口（21）设置在一级冷凝器（2）下部；在二级冷凝器（3）中，冷凝介质进口（20）设置在二级冷凝器（3）下部，冷凝介质出口（21）设置在二级冷凝器（3）上部；在三级冷凝器（4）中，冷凝介质进口（20）设置在三级冷凝器（4）下部，冷凝介质出口（21）设置在三级冷凝器（4）上部；在四级冷凝器（5）中，冷凝介质进口（20）设置在四级冷凝器（5）下部，冷凝介质出口（21）设置在四级冷凝器（5）上部。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110876856A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-03-13 | 宜宾丝丽雅股份有限公司 | 一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收方法及系统 |
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2019
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