CN213375221U - 一种重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，包括进料泵和两级浓缩装置，浓缩装置包括结晶器、列管式换热器、沉盐箱和循环泵，循环泵的出口与列管式换热器的管程入口相连，列管式换热器的管程出口与结晶器的上料管相连，结晶器的底部出口通过循环管与沉盐箱的入口相连，沉盐箱的底部出口与循环泵的入口相连；进料泵的出口管道与一级浓缩装置相连，一级浓缩装置的浓缩液通过转料泵与二级浓缩装置相连，二级浓缩装置的浓缩液通过出料泵输出；结晶器二的二次蒸汽由二级压缩机压缩后，与结晶器一的二次蒸汽共同进入一级压缩机压缩后作为列管式换热器的热源。该结晶分离提纯装置的分离效果好，可以避免压缩机温升过高，运行稳定性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种重铬酸钠的生产系统，尤其涉及一种重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，属于铬盐化工技术领域。
背景技术
重铬酸钠（又名红矾钠）是铬盐行业四大产品之一，重铬酸钠可用作生产铬酸酐、重铬酸钾、重铬酸铵、盐基性硫酸铬、铅铬黄、铜铬红、溶铬黄、氧化铬绿等的原料，生产碱性湖蓝染料、糖精、合成樟脑及合成纤维的氧化剂。医药工业用作生产胺苯砜、苯佐卡因、叶酸、雷佛奴尔等氧化剂。印染工业用作苯胺染料染色时的氧化剂，硫化还原染料染色时的后处理剂，酸性媒染染料染色时的媒染剂；制革工业用作鞣革剂。电镀工业用于镀锌后钝化处理，以增加光亮度；玻璃工业用作绿色着色剂。
重铬酸钠在生产过程中，需要将铬酸钠进行酸化，酸化产物为重铬酸钠与硫酸钠，然后再通过蒸发结晶的方式进行重铬酸钠与硫酸钠的分离以及重铬酸钠的提纯。在蒸发的过程中，硫酸钠在重铬酸钠中的溶解度随着浓度的提高而逐步减小，当浓缩至共饱和点时，硫酸钠的溶解度趋于零，这时候通过离心分离实现固液分离，固相为硫酸钠晶体，液相为重铬酸钠溶液，重铬酸钠溶液继续进行蒸发后得到重铬酸钠固体。
目前，由于重铬酸钠溶液的沸点高，只能用传统多效蒸发结晶（出硫酸钠）+单效蒸发结晶（出重铬酸钠）的方式实现重铬酸钠与硫酸钠分离，由于传统单效与多效是用新鲜蒸汽作为加热热源，需要消耗大量的新鲜蒸汽，能耗高。而蒸汽再压缩技术（MVR）虽然能够降低蒸汽耗量，节约能源，仅需要电能，能够降低运行成本，但是受制于单台压缩机温升，两台压缩机串联运行稳定性以及压缩机本体设备成本过高的限制，所以MVR蒸发结晶技术具有一定的局限性。
由于在重铬酸钠与硫酸钠晶体分离后，由于离心母液要进入下一工段再次进行蒸发结晶得到重铬酸钠，而不返回蒸发系统维持液位稳定。根据质量守恒定律：进料量=蒸发水量+外排浓缩液量，此时外排浓缩液中硫酸钠晶体大量析出，固液比能够达到40%（体积比）左右，对蒸发列管式换热器造成严重的磨损，换热管破损，使得设备使用寿命大大降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，分离效果好，可以避免压缩机温升过高，压缩机本体的投资成本低，运行稳定性好。
为解决以上技术问题，本实用新型的一种重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，包括进料泵、一级浓缩装置及二级浓缩装置，一级浓缩装置包括结晶器一、列管式换热器一、沉盐箱一和循环泵一，二级浓缩装置包括结晶器二、列管式换热器二、沉盐箱二和循环泵二；进料泵的出口管道与沉盐箱一的溢流管共同与循环泵一的入口相连，循环泵一的出口与列管式换热器一的管程入口相连，列管式换热器一的管程出口与结晶器一的上料管相连，结晶器一的底部出口通过循环管与沉盐箱一的入口相连，沉盐箱一的底部出口通过转料泵与沉盐箱二的入口相连，沉盐箱二的溢流管与循环泵二的入口相连，循环泵二的出口与列管式换热器二的管程入口相连，列管式换热器二的管程出口与结晶器二的上料管相连，结晶器二的底部出口通过循环管也与沉盐箱二的入口相连，沉盐箱二的底部出口通过出料泵与分离装置相连；结晶器二顶部的闪蒸汽管二与二级压缩机的入口相连，二级压缩机出口的二级压缩蒸汽管与结晶器一顶部的闪蒸汽管一共同与一级压缩机的入口相连，一级压缩机出口的一级压缩蒸汽管分别与列管式换热器一及列管式换热器二的壳程入口相连。
相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：来自原料管的重铬酸钠与硫酸钠混合溶液温度≥65℃，且接近饱和溶液，由进料泵直接送入一级浓缩装置，先蒸发掉总蒸发水量的70%，此时物料的“沸点升”为7.5℃，固液比为30%（体积比）；一级浓缩液通过转料泵进入二级浓缩装置进一步浓缩，蒸发掉总蒸发水量的30%，此时的物料的“沸点升”为14℃，系统固液比为45%（体积比）。二效浓缩后，绝大部分的硫酸钠已结晶，被出料泵送至分离装置分离出来。一级蒸发温度为90℃，二级蒸发温度为80℃，结晶器二产生的二次蒸汽经过二级压缩机升温后二次汽温度为90℃，然后与结晶器一产生的二次蒸汽混合后进入一级压缩机，经过压缩升温后二次汽的温度为116℃，作为列管式换热器一及列管式换热器二的热源进行循环利用。该装置采用两级压缩机串联的工艺路线，能够解决压缩机温升限制的问题，能够最大提供26℃的温升，满足系统的蒸发条件。一级压缩机的进口温度为90℃，压力为70kPa（绝对压力），出口温度为106℃，压力为125kPa（绝对压力）；二级压缩机的进口温度为80℃，压力为47kPa（绝对压力），出口温度为90℃，压力为70kPa（绝对压力）。一级压缩机出口与二级压缩机进口压力差为59kPa，利用压力差，冷凝水闪蒸产生二次蒸汽，用于补充系统散热损失与外排浓缩料带走的热量损失，降低蒸汽耗量，降低运行成本。循环管插入沉盐箱的底部，沉盐箱一及沉盐箱二利用重力沉降的作用，使硫酸钠晶体沉降，上层清夜继续循环，降低循环物料的固液比，解决高固液比导致设备磨损、蒸发量下降及系统运行不稳定等问题。
作为本实用新型的改进，所述一级压缩蒸汽管的入口与生蒸汽管相连。装置运行初期，采用生蒸汽管作为热源。
作为本实用新型的进一步改进，列管式换热器一的壳程出口连接有冷凝水排放管一，列管式换热器二的壳程出口连接有冷凝水排放管二，冷凝水排放管一与冷凝水排放管二的出口均与冷凝水罐相连，冷凝水罐的底部出口通过冷凝水泵与冷凝水回收管相连。列管式换热器一及列管式换热器二的壳程产生的冷凝水，进入冷凝水罐收集，由冷凝水泵送入冷凝水回收管回收利用。
作为本实用新型的进一步改进，所述列管式换热器一及冷凝水罐的不凝气抽吸口通过一级抽真空管与二级压缩机的入口相连，列管式换热器二的不凝气抽吸口通过二级抽真空管与冷凝器的热侧入口相连，所述冷凝器的热侧出口与液封罐的入口管道相连，所述液封罐的气相出口与真空泵相连。运行初期，首先启动真空泵，将系统的不凝性气体排出，运行过程中，真空泵不断地抽取系统的不凝汽，维持系统的稳定运行。冷凝水罐闪蒸产生的二次蒸汽进入二级压缩机压缩，作为系统的补蒸汽。
作为本实用新型的进一步改进，所述列管式换热器一及列管式换热器二进口管箱的锥角为80°，各换热管入口端的管板前方还设有一层防冲刷板，各换热管的管口向前延伸且对应嵌于防冲刷板的管孔中。设计大锥角能够使得循环泵出口的物料在进入列管式换热器之前充分扩散，降低湍流程度，物料均匀进入换热管，解决物料不均匀导致的中间换热管磨损问题。晶浆物料的冲刷先将防冲刷板与管板之间的换热管磨穿，管板与换热管之间的焊缝仍保持完好，列管式换热器可继续运行，延长设备的使用寿命。
作为本实用新型的进一步改进，所述沉盐箱一及沉盐箱二的直径与循环管的直径比为3.5:1，所述沉盐箱的长径比为1.5：1。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
图1为本实用新型重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置的流程图。
图2为本实用新型中列管式换热器一的局部放大图。
图中：1.结晶器一；2.列管式换热器一；2a.防冲刷板；2b.管板；2c.换热管；3.沉盐箱一；4.结晶器二；5.列管式换热器二；6.沉盐箱二；7.一级压缩机；8.二级压缩机；9.冷凝水罐；10.冷凝器；11.液封罐；12.真空泵；13.分离装置；G1.原料管；G2.生蒸汽管；G3.闪蒸汽管一；G4.闪蒸汽管二；G5.一级压缩蒸汽管；G6.二级压缩蒸汽管；G7.冷凝水排放管一；G8.冷凝水排放管二；G9.冷凝水回收管；G10.一级抽真空管；G11.二级抽真空管；G12.冷却水供水管；G13.冷却水出水管；B1.进料泵；B2.循环泵一；B3.转料泵；B4.循环泵二；B5.出料泵；B6.冷凝水泵。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置包括进料泵B1、一级浓缩装置及二级浓缩装置，一级浓缩装置包括结晶器一1、列管式换热器一2、沉盐箱一3和循环泵一B2，二级浓缩装置包括结晶器二4、列管式换热器二5、沉盐箱二6和循环泵二B4；进料泵B1的出口管道与沉盐箱一3的溢流管共同与循环泵一B2的入口相连，循环泵一B2的出口与列管式换热器一2的管程入口相连，列管式换热器一2的管程出口与结晶器一1的上料管相连，结晶器一1的底部出口通过循环管与沉盐箱一3的入口相连。
沉盐箱一3的底部出口通过转料泵B3与沉盐箱二6的入口相连，沉盐箱二6的溢流管与循环泵二B4的入口相连，循环泵二B4的出口与列管式换热器二5的管程入口相连，列管式换热器二5的管程出口与结晶器二4的上料管相连，结晶器二4的底部出口通过循环管也与沉盐箱二6的入口相连，沉盐箱二6的底部出口通过出料泵B5与分离装置13相连。
结晶器二4顶部的闪蒸汽管二G4与二级压缩机8的入口相连，二级压缩机8出口的二级压缩蒸汽管G6与结晶器一1顶部的闪蒸汽管一G3共同与一级压缩机7的入口相连，一级压缩机7出口的一级压缩蒸汽管G5分别与列管式换热器一2及列管式换热器二5的壳程入口相连。
沉盐箱一3及沉盐箱二6的直径与循环管的直径比为3.5:1，沉盐箱的长径比为1.5：1。循环管插入沉盐箱的底部，沉盐箱一3及沉盐箱二6利用重力沉降的作用，使硫酸钠晶体沉降，上层清夜继续循环，降低循环物料的固液比，解决高固液比导致设备磨损、蒸发量下降及系统运行不稳定等问题。
列管式换热器一2的壳程出口连接有冷凝水排放管一G7，列管式换热器二5的壳程出口连接有冷凝水排放管二G8，冷凝水排放管一G7与冷凝水排放管二G8的出口均与冷凝水罐9相连，冷凝水罐9的底部出口通过冷凝水泵B6与冷凝水回收管G9相连。列管式换热器一2及列管式换热器二5的壳程产生的冷凝水，进入冷凝水罐9收集，由冷凝水泵B6送入冷凝水回收管G9回收利用。
列管式换热器一2及冷凝水罐9的不凝气抽吸口通过一级抽真空管G10与二级压缩机8的入口相连，列管式换热器二5的不凝气抽吸口通过二级抽真空管G11与冷凝器10的热侧入口相连，冷凝器10的热侧出口与液封罐11的入口管道相连，液封罐11的气相出口与真空泵12相连。冷却水从冷却水供水管G12进入冷凝器10的冷侧，从冷却水出水管G13流出，对不凝气进行冷却，减轻真空泵12的工作负荷。运行初期，首先启动真空泵12，将系统的不凝性气体排出，运行过程中，真空泵12不断地抽取系统的不凝汽，维持系统的稳定运行。冷凝水罐9闪蒸产生的二次蒸汽进入二级压缩机8压缩，作为系统的补蒸汽。
一级压缩蒸汽管G5的入口与生蒸汽管G2相连，装置运行初期，采用生蒸汽管G2作为热源。
来自原料管G1的重铬酸钠与硫酸钠混合溶液温度≥65℃，且接近饱和溶液，由进料泵B1直接送入一级浓缩装置，先蒸发掉总蒸发水量的70%，此时物料的“沸点升”为7.5℃，固液比为30%（体积比）；一级浓缩液通过转料泵B3进入二级浓缩装置进一步浓缩，蒸发掉总蒸发水量的30%，此时物料的“沸点升”为14℃，系统固液比为45%（体积比）。二效浓缩后，绝大部分的硫酸钠已结晶，被出料泵B5送至分离装置13分离出来。一级蒸发温度为90℃，二级蒸发温度为80℃，结晶器二4产生的二次蒸汽经过二级压缩机8升温后二次汽温度为90℃，然后与结晶器一1产生的二次蒸汽混合后进入一级压缩机7，经过压缩升温后二次汽的温度为116℃，作为列管式换热器一2及列管式换热器二5的热源进行循环利用。
该装置采用两级压缩机串联的工艺路线，能够解决压缩机温升限制的问题，能够最大提供26℃的温升，满足系统的蒸发条件。一级压缩机7的进口温度为90℃，压力为70kPa（绝对压力），出口温度为106℃，压力为125kPa（绝对压力）；二级压缩机8的进口温度为80℃，压力为47kPa（绝对压力），出口温度为90℃，压力为70kPa（绝对压力）。一级压缩机7出口与二级压缩机8进口压力差为59kPa，利用压力差，冷凝水闪蒸产生二次蒸汽，用于补充系统散热损失与外排浓缩料带走的热量损失，降低蒸汽耗量，降低运行成本。
如图2所示，列管式换热器一2及列管式换热器二5进口管箱的锥角为80°，以列管式换热器一2为例，各换热管2c入口端的管板2b前方还设有一层防冲刷板2a，各换热管2c的管口向前延伸且对应嵌于防冲刷板2a的管孔中。设计大锥角能够使得循环泵出口的物料在进入列管式换热器之前充分扩散，降低湍流程度，物料均匀进入换热管2c，解决物料不均匀导致的中间换热管2c磨损问题。晶浆物料的冲刷先将防冲刷板2a与管板2b之间的换热管2c磨穿，管板2b与换热管2c之间的焊缝仍保持完好，列管式换热器可继续运行，延长设备的使用寿命。
以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。
Claims (6)
1.一种重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，包括进料泵、一级浓缩装置及二级浓缩装置，其特征在于：一级浓缩装置包括结晶器一、列管式换热器一、沉盐箱一和循环泵一，二级浓缩装置包括结晶器二、列管式换热器二、沉盐箱二和循环泵二；进料泵的出口管道与沉盐箱一的溢流管共同与循环泵一的入口相连，循环泵一的出口与列管式换热器一的管程入口相连，列管式换热器一的管程出口与结晶器一的上料管相连，结晶器一的底部出口通过循环管与沉盐箱一的入口相连，沉盐箱一的底部出口通过转料泵与沉盐箱二的入口相连，沉盐箱二的溢流管与循环泵二的入口相连，循环泵二的出口与列管式换热器二的管程入口相连，列管式换热器二的管程出口与结晶器二的上料管相连，结晶器二的底部出口通过循环管也与沉盐箱二的入口相连，沉盐箱二的底部出口通过出料泵与分离装置相连；结晶器二顶部的闪蒸汽管二与二级压缩机的入口相连，二级压缩机出口的二级压缩蒸汽管与结晶器一顶部的闪蒸汽管一共同与一级压缩机的入口相连，一级压缩机出口的一级压缩蒸汽管分别与列管式换热器一及列管式换热器二的壳程入口相连。
2.根据权利要求1所述的重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，其特征在于：所述一级压缩蒸汽管的入口与生蒸汽管相连。
3.根据权利要求1所述的重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，其特征在于：列管式换热器一的壳程出口连接有冷凝水排放管一，列管式换热器二的壳程出口连接有冷凝水排放管二，冷凝水排放管一与冷凝水排放管二的出口均与冷凝水罐相连，冷凝水罐的底部出口通过冷凝水泵与冷凝水回收管相连。
4.根据权利要求3所述的重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，其特征在于：所述列管式换热器一及冷凝水罐的不凝气抽吸口通过一级抽真空管与二级压缩机的入口相连，列管式换热器二的不凝气抽吸口通过二级抽真空管与冷凝器的热侧入口相连，所述冷凝器的热侧出口与液封罐的入口管道相连，所述液封罐的气相出口与真空泵相连。
5.根据权利要求1所述的重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，其特征在于：所述列管式换热器一及列管式换热器二进口管箱的锥角为80°，各换热管入口端的管板前方还设有一层防冲刷板，各换热管的管口向前延伸且对应嵌于防冲刷板的管孔中。
6.根据权利要求1所述的重铬酸钠与硫酸钠结晶分离提纯装置，其特征在于：所述沉盐箱一及沉盐箱二的直径与循环管的直径比为3.5:1，所述沉盐箱的长径比为1.5：1。
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Cited By (1)
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| CN114288694A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-08 | 天津农学院 | 高纯碳酸锂的闪蒸汽压缩式连续结晶系统及工艺 |
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