[发明专利]多段外部自然循环冷却大型碳化塔

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。