阅读说明：本技术 一种液碱浓缩装置及浓缩方法 (Liquid caustic soda concentration device and concentration method ) 是由 周道选 张文凯 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种液碱浓缩装置及浓缩方法,包括喷淋塔、液碱循环系统和氮气循环系统,喷淋塔上设置有补液口、补气口,排液口和排污口,液碱循环系统和氮气循环系统分别与喷淋塔相连通；液碱循环系统包括循环泵和换热器一,循环泵、换热器一和喷淋塔之间依次通过管路连通形成回路；氮气循环系统包括风机、蒸发器、换热器二和冷凝器,风机、蒸发器、换热器二、冷凝器和喷淋塔之间依次通过管路连通形成回路；换热器与水源热泵之间设置有热水泵,换热器与水源热泵之间通过管路连通形成回路,水源热泵和换热器二之间设置有冷水泵,水源热泵、冷水泵和换热器二之间通过管路连通形成回路。该装置可有效解决现有的液碱浓缩过程中存在的汽耗过大的问题。(The invention discloses a liquid caustic soda concentration device and a concentration method, which comprise a spray tower, a liquid caustic soda circulation system and a nitrogen circulation system, wherein the spray tower is provided with a liquid supplementing port, a gas supplementing port, a liquid discharging port and a sewage discharging port, and the liquid caustic soda circulation system and the nitrogen circulation system are respectively communicated with the spray tower; the liquid caustic soda circulating system comprises a circulating pump and a first heat exchanger, and the circulating pump, the first heat exchanger and the spray tower are sequentially communicated through pipelines to form a loop; the nitrogen circulating system comprises a fan, an evaporator, a second heat exchanger and a condenser, and the fan, the evaporator, the second heat exchanger, the condenser and the spray tower are sequentially communicated through pipelines to form a loop; a hot water pump is arranged between the heat exchanger and the water source heat pump, the heat exchanger and the water source heat pump are communicated through a pipeline to form a loop, a cold water pump is arranged between the water source heat pump and the second heat exchanger, and the water source heat pump, the cold water pump and the second heat exchanger are communicated through pipelines to form a loop. The device can effectively solve the problem of excessive steam consumption in the existing liquid caustic soda concentration process.)

一种液碱浓缩装置及浓缩方法

技术领域

本发明属于液碱浓缩技术领域，具体涉及一种液碱浓缩装置及浓缩方法。

背景技术

在氯碱工业中，电解碱液蒸发采用蒸汽多效浓缩蒸发将30％浓度的液碱浓缩到浓度为50％及固碱，主要目的是提高碱液浓度，而气耗是氯碱企业两大能耗之一，仅次于电耗。电解法烧碱生产工艺能耗区域包括整流、盐水、电解、氯氢处理、液碱蒸发、固碱等工序，其能耗分布如下：整流2.0％，电解53.2％，盐水3.9％，氯氢处理1.2％，固碱14.6％和液碱蒸发25.1％，其中，液碱蒸发是仅次于电解的主要能耗工序，能耗尤以汽耗为主，约占74％以上。因此，研究液碱蒸发浓缩过程节能具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种液碱浓缩装置及浓缩方法，该装置可有效解决现有的液碱浓缩过程中存在的汽耗过大的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种液碱浓缩装置，包括喷淋塔、液碱循环系统和氮气循环系统，喷淋塔上设置有补液口、补气口，排液口和排污口，液碱循环系统和氮气循环系统分别与喷淋塔相连通；

液碱循环系统包括循环泵和换热器一，循环泵、换热器一和喷淋塔之间依次通过管路连通形成回路；氮气循环系统包括风机、蒸发器、换热器二和冷凝器，风机、蒸发器、换热器二、冷凝器和喷淋塔之间依次通过管路连通形成回路；

换热器与水源热泵之间设置有热水泵，换热器与水源热泵之间通过管路连通形成回路，水源热泵和换热器二之间设置有冷水泵，水源热泵、冷水泵和换热器二之间通过管路连通形成回路。

上述方案中，喷淋塔上部设置为圆筒状，下部设置为倒圆锥状，喷淋塔内部为密封的，补液口和补气口均设置于喷淋塔塔身中部，分别用于向喷淋塔内补充待浓缩液碱和氮气；液碱循环系统、氮气循环系统和喷淋塔之间均通过管道连通，用于输送液碱和氮气，进行热量交换，降低液碱浓缩过程中能耗的损失，提高能耗的利用率。

进一步地，喷淋塔上还设置有液碱循环出口、液碱循环进口、氮气循环出口和氮气循环进口，氮气循环出口设置于喷淋塔顶部，氮气循环进口设置于喷淋塔中下部。

上述方案中，液碱循环出口设置于喷淋塔塔身的中下部，液碱循环进口设置于喷淋塔塔身上部，氮气循环进口设置于补液口上部，通过液碱循环出口将喷淋塔内的液碱传输至其他装置进行热量交换后在通过也液碱循环进口返回喷淋塔内；通过氮气循环出口将携带有水分的氮气传输至其他装置中进行热量交换和冷凝后，再通过氮气循环进口将干燥氮气输送回喷淋塔内。

进一步地，喷淋塔底部设置为倒锥形，排污口设置于倒锥形底部。

上述方案中，将喷淋塔底部设置为倒锥形，方便进行清洗以及污水排出，提高使用效果。

进一步地，换热器二包括依次连通的一效换热器、二效换热器和三效换热器。

上述方案中，设置有三级换热器，可提高热量的回收效果，减少热量损失。

进一步地，喷淋塔内设置有填料层。

上述方案中，填料层具体材质为聚四氟乙烯编制而成的网状结构，设置有填料层，可增大液碱中水分的蒸发面积，提高浓缩效果和速率，聚四氟乙烯的材质具有耐腐蚀的作用，延长使用寿命。

进一步地，喷淋塔内设置有喷头，喷头与液碱循环进口通过布水管道连通，喷头设置于填料层上部。

上述方案中，通过喷头将加热后的液碱喷洒到喷淋塔内，可增大液碱的蒸发面积，促进水分蒸发，提高浓缩效率。

采用上述液碱浓缩装置的液碱浓缩方法，包括以下步骤：

(1)通过补气口向喷淋塔内充入氮气，将喷淋塔内的空气进行置换；通过补液口向喷淋塔内补充液碱，补液口处设置有浮球阀，通过浮球阀控制液位；

(2)利用循环泵将喷淋塔内的液碱泵入换热器一内加热至50℃后再泵回喷淋塔并通过喷头和填料层实现雾化，液碱与喷淋塔内部的干燥氮气传热传质，氮气的温度升高至50℃，在表面分压的作用下，带走雾化液碱中的水分形成50℃的饱和湿氮气；

(3)利用风机将喷淋塔内饱和湿热氮气依次抽入蒸发器、一效换热器、二效换热器、三效换热器和冷凝器后温度降低至20℃，湿氮气中的水分被冷凝形成冷凝液，冷凝后的干燥氮气再输送回喷淋塔内循环使用；

(4)水源热泵热水侧进出水温为40/50℃，冷水侧进出水温20/12℃，利用热水泵将换热器一内的水体泵入水源热泵后再泵回换热器一内，实现对液碱进行加热；

(5)利用冷水泵将水源热泵内的水体依次泵入一效换热器、二效换热器和三效换热器后再泵回水源热泵内，实现对湿热氮气中的温度进行回收利用；

(6)上述步骤均为同时进行，如此反复循环，当液碱的质量浓度符合要求后，通过排液口排出即可。

进一步地，步骤(2)中液碱的质量浓度为28-32％。

进一步地，步骤(6)中液碱排出时的质量浓度为37-39％。

上述方案中，通过氮气携带液碱中的水分，实现将水分回收、液碱浓缩的目的，利用水源热泵、换热器一、换热器二等装置实现热量的传导和回收，降低热量的损耗。

本发明所产生的有效果为：

采用本发明中的装置将液碱由质量浓度为30％浓缩到质量浓度为38％的过程中，可显著节省能耗，降低能量损失，整个浓缩过程中均为常压浓缩，设备运行的温度较低，整体安全性能较高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：1、喷淋塔；2、补液口；3、补气口；4、排液口；5、排污口；6、循环泵；7、换热器一；8、风机；9、蒸发器；10、换热器二；11、冷凝器；12、水源热泵；13、热水泵；14、冷水泵；15、液碱循环出口；16、液碱循环进口；17、氮气循环出口；18、氮气循环进口；19、一效换热器；20、二效换热器；21、三效换热器；22、填料层；23、喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的一个实施例中，如图1所示，提供了一种液碱浓缩装置，包括喷淋塔1、液碱循环系统和氮气循环系统，喷淋塔1上设置有补液口2、补气口3，排液口4和排污口5，优化地，喷淋塔1底部设置为倒锥形，排污口5设置于倒锥形底部。液碱循环系统和氮气循环系统分别与喷淋塔1相连通；优化地，喷淋塔1上还设置有液碱循环出口15、液碱循环进口16、氮气循环出口17和氮气循环进口18，氮气循环出口17设置于喷淋塔1顶部，氮气循环进口18设置于喷淋塔1中下部。

液碱循环系统包括循环泵6和换热器一7，循环泵6、换热器一7和喷淋塔1之间依次通过管路连通形成回路；氮气循环系统包括风机8、蒸发器9、换热器二10和冷凝器11，风机8、蒸发器9、换热器二10、冷凝器11和喷淋塔1之间依次通过管路连通形成回路；优化地，换热器二10包括依次连通的一效换热器19、二效换热器20和三效换热器21。

还包括水源热泵12，换热器一7与水源热泵12之间设置有热水泵13，换热器一7与水源热泵12之间通过管路连通形成回路，水源热泵12和换热器二10之间设置有冷水泵14，水源热泵12、冷水泵14和换热器二10之间通过管路连通形成回路。

优化地，喷淋塔1内设置有填料层22。优化地，喷淋塔1内设置有喷头23，喷头23与液碱循环进口16通过布水管道连通，喷头23设置于填料层22上部。

采用上述液碱浓缩装置的液碱浓缩方法，包括以下步骤：

(1)通过补气口向喷淋塔内充入氮气，将喷淋塔内的空气进行置换；通过补液口向喷淋塔内补充液碱，补液口处设置有浮球阀，通过浮球阀控制液位；

(2)利用循环泵将喷淋塔内的质量浓度为30％液碱泵入换热器一内加热至50℃后再泵回喷淋塔并通过喷头和填料层实现雾化，液碱与喷淋塔内部的干燥氮气传热传质，氮气的温度升高至50℃，在表面分压的作用下，带走雾化液碱中的水分形成50℃的饱和湿氮气；

(3)利用风机将喷淋塔内饱和湿热氮气依次抽入蒸发器、一效换热器、二效换热器、三效换热器和冷凝器后温度降低至20℃，湿氮气中的水分被冷凝形成冷凝液，收集，冷凝后的干燥氮气再输送回喷淋塔内循环使用；

(4)水源热泵热水侧进出水温为40/50℃，冷水侧进出水温20/12℃，利用热水泵将换热器一内的水体泵入水源热泵后再泵回换热器一内，实现对液碱进行加热；

(5)利用冷水泵将水源热泵内的水体依次泵入一效换热器、二效换热器和三效换热器后再泵回水源热泵内，实现对湿热氮气中的温度进行回收利用；

(6)上述步骤均为同时进行，如此反复循环，当液碱的质量达到38％后，通过排液口排出即可。

将5m³、质量浓度为30％、初温为47.2℃的液碱浓缩至质量浓度为38％时，需要蒸发1397.9kg的水，采用上述装置和方法进行浓缩，系统输入功率为20KW，耗电量为1026kWh折合成标煤的重量为0.126吨，采用传统的蒸汽蒸发工艺，蒸汽的温度为152℃，水的气化热值为2260kJ/kg，所需蒸汽15.735吨，折合成标煤的重量为1.71吨，对比可知，采用本申请中的装置和方法进行浓缩可大大降低能源的消耗，该方法相对于传统方法节能92.63％。