一種硫酸均布方法及其分酸器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種硫酸均布方法及其分酸器，旨在提供一種酸液分布均勻的硫酸均布方法及其分酸器。本發明的酸液均布方法采用預分布腔體，在預分布腔體的下方設置與其連通的分酸主部件，并在分酸主部件上設置若干等高的分酸支管；將預分布腔體、分酸主部件的腔體及分酸支管的腔體連接形成一個密閉的酸液通道，僅在預分布腔體上設置酸液入口，在分酸支管的下部均布設置酸液出口；且使預分布腔體的流通截面、分酸主部件的總流通截面以及分酸支管的總流通截面均大于酸液入口截面，通過控制酸液的流量，使酸液在預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內形成不充滿狀態，并排出酸液未充滿空間內的部分空氣，實現各酸液出口排出酸液的穩流均布。
【專利說明】
一種硫酸均布方法及其分酸器
技術領域
[0001]本發明涉及制酸設備技術領域，尤其是涉及一種硫酸均布方法及其分酸器。
【背景技術】
[0002]分酸器是濃硫酸生產設備中干吸塔的重要組成部分，硫酸需要在設備中經過多級導流，最終經由末端支管上的分酸點流出，其酸液支流和最終末端分流的流動情況、壓頭分布情況會對整個裝置運行的穩流產生影響，不僅要求設備在苛刻的工況下條件下具有耐腐蝕酸流的沖刷，還應具備在一定酸流條件下，有效的做到分類和多級穩流的均勻分布。現就各類分酸器在生產使用中存在的問題分析如下:
1.分酸器設備末端設置有若干出酸孔，以往的分酸器無論是在設計的還是已經投入使用的，都存在出酸孔處的酸壓頭不穩定，時常會產生變動，而且若干并排的出酸孔的酸壓頭和出酸量分布特不均勻，有較大的偏差。傳統的管式分酸，分酸點的排布密度小，屬正壓流或上噴式流動或自然流，沒有明確的預分系統，在實際使用中塔內酸液分布不均及出口沖力較大等，長期以來一直未能得到解決。
[0003]2.傳統分酸器在設計和制造中，并沒有進行過有效的、系統的專功研究，主要表現為呈線性分布，分酸主、支管混用，結構組成形式單一，未考慮不同組件具體的工況效能，沒有創新分流效能系統、緩流部件、點均分及盲區解決等，更無深度創新應用的負壓調流、穩流，這些較多的缺陷直接導致了分酸器內酸液壓力差別較大，形成紊流和普片的槽內、腔體內的回流，使各布酸點流量分配極差及沖力大帶出酸霧沫。在過流系統中，酸流中心區與邊區點流量誤差偏大，且不可控制，也導致了組件的邊區或過流段長的、在經過長期使用后，出現弱流或阻孔現象，嚴重影響了系統的正常生產。
[0004]3.槽式分酸器在使用中，當節流孔板磨孔擴孔并逐步失效或上酸量偏大以及電流不穩定時，沖力使槽內酸液翻滾，產生嚴重的擾動現象，這導致溢流小管部分滿流或不滿流，甚至酸液從槽內溢出。溢流小管外伸使出酸點難以得到流量均分及存在較多分酸死角，使塔體、填料的高度得不到有效降低。
[0005]4.槽管式分酸器占塔截面積約50%以上，而酸槽底寬極具形成渦流，使氣體向槽邊集中加速帶出酸霧沫，腐蝕管路，減短設備壽命。由于采用溢流分酸，要求所有分酸溢流口都在同一平面，這就對設備的生產和安裝提出很高要求，若誤差太大，則會造成更多溢流小管酸流分配不均及更多的斷流管，這些情況都會使酸霧沫增加或加劇溢流小管的摩擦腐蝕。在冶煉和硫磺制酸企業，分流的溢流小管使用在2年左右就不同程度的腐蝕報廢，造成系列投入及停產前的設備環境損壞。溢流入口分流較慢(0.lm/s)，容易結酸垢阻孔和加大小管的斷流。若煙氣中雜質多或循環槽沉淀過濾差時，雜物會進入酸槽沉積，不及時清理即造成槽內緩沖效能降低或清理難度增加，甚至堵孔。槽管式分酸器的酸液是通過進酸管直接沖入酸槽的，這種方式使得分酸槽內酸液動能較大，槽之間的液面差距加大，即形成整體分酸點流量更加不均。
[0006]5.干吸塔中的填料(瓷環或硅整)，在裝填時或使用中會造成破損，使在槽底分酸或液面溢流分酸的分酸器，碎瓷環都會隨著酸液沉積在分流的小管口上或槽內或浮阻在分流口上，増加了酸液的分流不均，甚至一些堵死造成液泛，增加了瓷環破損，影響分流效果。另外在制酸生產中，因各種煙氣純度的原因會產生酸泥，沉積在酸槽內或形成堵塞或直接影響填料的有效濕潤面積和傳質效率。
[0007]6.由于初始的酸流分配誤差疊加，導致分酸溢流小管流量不均，塔體得不到充分利用，從而需要保持傳統的塔高，這即增加了設備及施工投入，酸栗需要把酸抽到更高的塔位，同時也增加了設備的功耗及長期的運行費用。此外由于酸液流出的不穩定及不可控影響，使酸流對填料的濕潤不充分，使氣液吸收不佳，干燥后氣體水分含量過高，S02氣體外泄，對環境不利。同時以往分酸器在運行中，由于不銹鋼內某元素會跟濃硫酸直接化學反應及酸液的急流磨蝕原因，導致裝置的節流孔板及溢流小管時間使用不長，逐使分酸點的流量漸而誤差增大至停廠更換，途中導致夾帶出酸霧沫或稀酸氣泡腐蝕管路，使關聯設備損耗加劇。
[0008]針對上述系列問題，CN201420171713.X—種用于濃硫酸制酸生產的三路主管的高效管式分酸器，雖然結合了流體力學相關設計，但只停留在一種說法上，并沒有考慮到現實問題和誤差因素，從而最終解決方案不能消除相關問題。專利CN201520345077.2高效管式分酸器江蘇奧祺晨特種金屬材料集團有限公司的用于管道式分酸器的改進技術，雖然采取了線性管路的分布設計，采用多級管路及各管路接口設計也有一定改善，但是并沒有很好的結合流體力學相關數據進行實際情況的模擬驗證，只是限于經驗層面，加之是線性分流，各分流位的誤差疊加后，使對應兩方流量誤差加大，效果不佳。但這類改進措施相關依據是:在設計高效分酸器中，根據干燥塔系統的操作參數，采用相關數據，對分酸器的管路進行設計，主要是在分酸主管、支管的數量、位置、分酸點直徑、數目進行了相關的計算。這樣做，在一定程度上也解決了傳統分酸器所存在的一點問題，但依然未能解決最實質的穩流、均流，主要體現為:經過技術改進的分酸裝置，在設計和制備過程中雖然嚴格遵照各級支路全部橫截面充滿酸液，即滿足公式:
格按照流體力學相關技術和公式進行設計，但在實際使用中，并沒有有效的考慮到現實中各種可能存在的各類異常情況和各種擾動因素對整個酸流系統的分流影響，這些因素作用導致了管路系統的特性和壓力、酸液壓頭的分布并不能嚴格遵循流體力學相關理論，從而導致了一系列的問題，對制酸效率和生產穩定產生了影響，也導致了設備能耗的增加和加快磨蝕損耗。表現出的實際問題如下:
1.理論上在純幾何壓頭和靜壓頭作用下，各分酸孔處的酸液壓頭分布相對實際更均勻，而在有上述若干因素作用時，在不同分流處、對接處、轉角處、分流的對位處，會對酸流產生嚴重的湍流及回流。加之分酸平衡末端的回流問題，致使酸壓頭的分布向過于集中，各分酸孔壓頭不等使酸孔的出酸量差別加大，導致酸流難以在裝置內形成穩流、均流分配，同時也加快損壞了裝置的平衡。針對該類問題專利申請號為CN201320180206.8的分酸器材質改進技術，采用不銹鋼作為管材，在管道連接處進行相關加固，便于安裝，來降低設備損耗，但是沒有考慮到高濃度硫酸對管路的沖刷摩擦腐蝕及針對某元素的化學反應腐蝕等作用，而針對管路內部的湍流、點分布少、分酸點出口會快速擴大使其分流更不均等沒有做任何改進。更換的頻率高導致停產成本太高，損耗只是得到一定緩解，所以依然是極不完善的技術。申請號為CN201020278650.X的管式分酸器末端出酸口結構改進技術，通過設置具有一定結構和可以調節徑向的組件解決分酸不均勻的問題，但是忽略了分酸器進液量的穩定，要求末端出口流量均勻的問題，而且管式分酸器內部分酸不均勻的主要影響因素是酸流流動導致的，這個問題沒有解決，只是改變了出口的最大出酸量，效果不明顯，而且這樣操作，會導致該結構容易被磨蝕損耗，活動組建比較多，形成了更多點不到位的盲區，常產生腐蝕擴口導致分流誤差增大。這些會導致設備損耗加快和維護成本上升。其他的相關改進措施還有改變管腔的形狀，比如專利申請號為CN200920193683.1的管式分酸器管路形狀改進技術，采用矩形管，這種技術有加工方便的優點，但是沒有經過流體力學的科學計算，占塔截面積較大，矩形管的使用，其形成的是線性狀分布，點流量分布不均且出口酸液易散并形成霧沫，大小管在直角處會產生較大的湍流和紊流，且在直角處流量并沒有減少，一定程度上增大了分酸的不均勻性。沒有起到減少酸沫和降低排放的效果。
[0009]2.槽管式分酸器在使用中槽內采用不銹鋼緩沖擋板(緩流板)和同時采用溢流小管對濃流酸進行槽內到槽外的分流，用其材料自身所形成的各種保護膜或一些采用陽極保護等來保證其材料的正常使用，都是不適合的。其原因是裝置運行中，酸流集中度過高，擋板處圓孔形成急流，摩擦腐蝕加快，同時在使用中的不銹鋼溢流小管、其酸液失重(重力+速度)沖刷摩擦的磨蝕、腐蝕及失重形成的空管或自身空管原因，材質自身的保護膜或電化學保護也是無法起到良好效果的，一些位置的保護反倒還加快了材料的損耗，加之材質內某元素會直接跟濃酸作用，已在加快材質本身的晶尖腐蝕。再之是在以往槽式分酸器運行中需要不斷對緩流擋板進行更換，這樣極不利于設備的連續生產。因擋板在槽式分酸器的酸槽內，處在塔體較高的塔內位置，出需停產外，拆卸安裝工序特別復雜，要耽誤很多時間，且極大的增加了人力和設備的維護費用，也不利于系統的穩定生產。專利申請號為CN201520784718.4用于管槽式分酸器技術改進，雖然該技術通過結構優化在一定程度上略改善了槽式分酸的均勻性，但是作為受失重沖刷磨蝕的溢流小管依然無法避免濃酸的摩蝕及不銹鋼內含有的Mo元素專與濃硫酸作用的化學腐蝕所導致的提早報廢，且小管結構多樣化，布點均分差及盲區大等，而且溢流小管在不同高度、不同彎曲角度及長度形成的自身分流不均缺陷是顯而易見。再之，在壓力高低波動的酸液面上分流及有壁端效應的槽內的溢流口也是無法解決其流量不均的問題的。
[0010]3.槽式分酸器雖然在槽周邊采用不同長度的溢流小管布酸，希望在各溢流出酸口的酸液量和壓頭一致，但由于進酸主管上分流的下沖酸液時刻都在沖擊著槽內酸液，使酸槽內依然存在非常明顯的酸流波動現象，而為了保證末端出口壓頭盡量小，溢流小管槽內出口一般都設置在槽頁面附近，這樣每根出口的溢流量時刻都受槽壁的回流效應影響，流量和壓頭都在變動和不穩定中，壓頭也沒有有效降低，酸流不間斷的出現集中區域，使其各溢流口分流不均和槽內激起酸沫，也導致了分酸設備不能得到充分的利用。專利申請號為CN200920037702.1的槽式分酸器采用了電化學陽極保護，想用于解決設備損耗快的問題，但是該保護機制只適用于硫酸靜止的腐蝕狀況，對于沖刷中的磨擦腐蝕和酸液失重形成的空管及本身就不會滿管的空管是沒有好的保護效果的，而且槽式分酸固有的流量不均及點不均分(盲區)情況沒有得到根本的解決，還增加了設備的能耗和維護成本，勝至還會加劇材料的腐蝕。
【發明內容】
[0011]本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種使用壽命長，分酸孔的酸液壓力及流量均衡、穩定的硫酸均布方法，與此同時本發明還提供了一種實現硫酸均布方法的分酸器。
[0012]為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的:
一種硫酸均布方法，采用預分布腔體，在預分布腔體的下方設置與其連通的分酸主部件，并在分酸主部件上設置若干等高的分酸支管;將預分布腔體、分酸主部件的腔體及分酸支管的腔體連接形成一個密閉的酸液通道，僅在預分布腔體上設置酸液入口，在分酸支管的下部均布設置酸液出口；且使預分布腔體的流通截面、分酸主部件的總流通截面以及分酸支管的總流通截面均大于酸液入口截面，通過控制酸液的流量，使酸液在預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內形成不充滿狀態，并排出酸液未充滿空間內的部分空氣，使該部分空間形成負壓，實現各酸液出口排出酸液的穩流均布。
[0013]優選的是，采用真空栗排出預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內的部分空氣。
[0014]—種實現上述方法的分酸器，包括預分布腔體、分酸主部件以及若干分酸支管;所述預分布腔體上設置酸液入口，所述分酸支管的下部設置有若干酸液出口 ；所述分酸主部件位于預分布腔體下方且與預分布腔體連通，所述分酸支管等高連接于分酸主部件，使各酸液出口位置高度相同；所述預分布腔體的流通截面、分酸主部件的總流通截面以及分酸支管的總流通截面均大于酸液入口截面。
[0015]優選的是，所述預分布腔體為管體、箱體或筒體。
[0016]優選的是，所述預分布腔體為多根連通的管體。
[0017]優選的是，所述預分布腔體上部設置有排氣管，所述排氣管上連接有閥門及真空栗O
[0018]優選的是，所述預分布腔體上端設置有吊耳。
[0019]優選的是，所述酸液出口上連接有出酸管。
[0020]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
1、在分酸器的預分布系統、分酸主部件和支管部分，經過大量的實驗研究及技術改進，增加了匹配的內空截面，使得流經的酸液在開始時不充滿內腔，這樣整個系統在減、增50%酸流或電機功率不穩定等所產生的壓頭波動、都能被已形成的負壓徹底消除，只剩下酸流頁面處所產生的流紋波動，且波動不明顯，對酸液面下的酸流壓頭分布并不影響，從而液面以下層面的層流壓頭分布十分穩定，分酸點分流量特別均勻。
[0021]2、在預分布系統和分酸主部件內，由于科學合理的増大了過流部件的截面比例，使酸流通過后智能的形成了真空負壓，產生不充滿及理想緩流，非常好的規避了湍流狀況，在流體力學上，是理想的緩穩流分布，酸流壓頭受流體本身粘度影響程度低，壓頭分布更加均勻穩定，非常吻合伯努利方程，消除了液體在轉角處的急回流和系統內的湍流等因素對裝置的額外損耗。
[0022]3、酸液正常流經分酸器后，各接口處液體層流壓頭相對滿流、損失減少，有利于減少不必要的設備功率損失，酸栗電機只需考慮每秒供給的流量，方便管理，設備運行更加穩定。
[0023]4、預分布系統、分酸主部件及支管采用密封處理，對通道內腔各層氣體壓強會自動有效進行平衡，酸液通過時可有效溶解并帶走空氣，使裝置內處于負壓均布平衡狀態，這樣所采用的截面増加設計，在真空負壓下，腔體內部壓強受到的外部溫度或大氣壓變化所引起的內部酸液壓頭變化完全可以規避，使整個酸流能更好的貼近理想狀況，而且在企業的設備生產中，難免的可能產生各類震動，采用該運用的發明設計，可以在近緩流情況下，避免外部震動因素對酸液流動的干擾。
[0024]5、由于裝置內的酸流擾動因素被極大的避免或消除，至使布酸點更加均流穩定，更加符合理想狀況下多分流口路線的出酸壓頭和出酸量理論計算公式，而在理想狀況下，根據有限元模擬方法可以計算。單進一步加入末端回流和其裝置兩端進出酸的情況，理論計算各分酸點壓頭分布依然均勻，呈振幅非常小的正玄波動，而實際該裝置在運行中，測得的分酸點出口壓頭分布形成很好的貼近理想狀況，說明該技術創新行之有效。
[0025]6、經長期大量的實驗研究得知，真空負壓在裝置內是連通、均衡的，所以裝置內用負壓調流穩流均流，是很科學的，也是很適合于各種大小塔徑均勻分酸的。其出酸點比槽管式的溢流小管酸液失重疊加沖力小一倍左右，霧沬成倍減少，干燥后的SO2氣體水分超低。加之負壓效應使末端分酸口的酸流和壓頭分布穩定，沒有過急的酸流也沒有酸液壓頭集中分布的情況，所以相比其它布酸器而言，提高了吸收率，不易產生污染氣體，裝置環保且損耗低，壽命長。
[0026]7、分酸器采用了負壓運用發現的思路，全密封的系統環境產生了虹吸效應牽引，而酸栗是在大氣壓環境下運行，故此該負壓的運用發明有效降低了酸栗所需要輸送的壓頭，降低了揚程，使酸栗的電機功耗減小。加之，裝置的占位高度較低，使其再一次又降低了酸栗揚程，達到了節電目的。同時還可以充分減小干吸塔的尺寸，降低設備的整體投入，提高產量。
[0027]8、采用負壓運用發明的結構精細化設計后，分酸器腔體內酸液壓力分布均勻穩定，流動緩和沒有急湍流，酸流對設備的沖刷腐蝕減少，可以有效增加裝置的使用壽命，提高其幾何受力強度。在提高生產效率的同時，還減少了一些加工工序及安裝難度和總量，如減少部分支管，增加了便捷的延伸小管，使裝置從原占塔截面55%左右降至35%左右，由于正壓變負壓結構，法蘭連接螺栓可減少30%等等。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發明的結構示意圖。
[0030]圖2為圖1中A-A的剖視圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0032]—種硫酸均布方法，采用預分布腔體，在預分布腔體的下方設置與其連通的分酸主部件，并在分酸主部件上設置若干等高的分酸支管;將預分布腔體、分酸主部件的腔體及分酸支管的腔體連接形成一個密閉的酸液通道，僅在預分布腔體上設置酸液入口，在分酸支管的下部均布設置酸液出口；且使預分布腔體的流通截面、分酸主部件的總流通截面以及分酸支管的總流通截面均大于酸液入口截面，通過控制酸液的流量，使酸液在預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內形成不充滿狀態，并排出酸液未充滿空間內的部分空氣，使該部分空間形成負壓，實現各酸液出口排出酸液的穩流均布。
[0033]其中，采用真空栗排出預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內的部分空氣。
[0034]圖1-2所示的分酸器，包括預分布腔體1、分酸主部件2以及若干分酸支管3;所述預分布腔體I上設置酸液入口，所述分酸支管3的下部設置有若干酸液出口 ；所述分酸主部件2位于預分布腔體I下方且與預分布腔體I連通，所述分酸支管3等高連接于分酸主部件2，使各酸液出口位置高度相同；所述預分布腔體I的流通截面、分酸主部件2的總流通截面以及分酸支管3的總流通截面均大于酸液入口截面。
[0035]其中，本實施例的預分布腔體I為多根連通的管體，顯然所述預分布腔體I也可以為單根管體、箱體或筒體等，具體根據使用需求合理選用。
[0036]其中，所述預分布腔體I上部設置有排氣管4，所述排氣管4上連接有閥門5及真空栗6，可快速排出預分布腔體1、分酸主部件2以及分酸支管3內的部分空氣，使預分布腔體1、分酸主部件2以及分酸支管3內形成負壓。
[0037]其中，所述預分布腔體I上端設置有吊耳8，便于分酸器的吊裝。
[0038]其中，所述酸液出口上連接有出酸管7，使酸液的流出點分布更均勻。
[0039]本實施例的分酸支管3布置成圓形，顯然也可以是矩形或橢圓形等。顯然也可以在分酸主部件2的下部設置酸液出口并連接出酸管7，確保出酸點的均布。當然酸液出口也可以不在一個高程上。
[0040]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種硫酸均布方法，其特征在于:采用預分布腔體，在預分布腔體的下方設置與其連通的分酸主部件，并在分酸主部件上設置若干等高的分酸支管;將預分布腔體、分酸主部件的腔體及分酸支管的腔體連接形成一個密閉的酸液通道，僅在預分布腔體上設置酸液入口，在分酸支管的下部均布設置酸液出口；且使預分布腔體的流通截面、分酸主部件的總流通截面以及分酸支管的總流通截面均大于酸液入口截面，通過控制酸液的流量，使酸液在預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內形成不充滿狀態，并排出酸液未充滿空間內的部分空氣，使該部分空間形成負壓，實現各酸液出口排出酸液的穩流均布。2.根據權利要求1所述的硫酸均布方法，其特征在于:采用真空栗排出預分布腔體、分酸主部件及分酸支管內的部分空氣。3.—種實現權利要求1方法的分酸器，其特征在于:包括預分布腔體、分酸主部件以及若干分酸支管;所述預分布腔體上設置酸液入口，所述分酸支管的下部設置有若干酸液出口 ；所述分酸主部件位于預分布腔體下方且與預分布腔體連通，所述分酸支管等高連接于分酸主部件，使各酸液出口位置高度相同;所述預分布腔體的流通截面、分酸主部件的總流通截面以及分酸支管的總流通截面均大于酸液入口截面。4.根據權利要求3所述的分酸器，其特征在于:所述預分布腔體為管體、箱體或筒體。5.根據權利要求3所述的分酸器，其特征在于:所述預分布腔體為多根連通的管體。6.根據權利要求3-5任一所述的分酸器，其特征在于:所述預分布腔體上部設置有排氣管，所述排氣管上連接有閥門及真空栗。7.根據權利要求3-5任一所述的分酸器，其特征在于:所述預分布腔體上端設置有吊耳。8.根據權利要求3-5任一所述的分酸器，其特征在于:所述酸液出口上連接有出酸管。
【文檔編號】C01B17/74GK106044722SQ201610577425
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月21日
【發明人】李家榮
【申請人】昆明市宜良化工設備鑄造廠