本发明是对制碱工业的关键设备碳化塔内使用的塔板材料的更新。 在制碱工业生产中,碳化塔是关键设备之一,碳化塔内使用的塔板是碳化塔的核心部件。自从本世纪二十年代菌帽塔板式碳化塔定型以来,国内外制碱工作者对塔板的结构构造的改革进行了种种尝试,《碳化塔结构改进及传质系数的研究》(详见《纯碱工业》1982年第3期,第1~10页)一文中介绍了用溢流菌帽等八种不同结构的塔板进行的实验,但目前制做塔板的材料均为铸铁、钢材等金属材料制成,《碳化塔采用溢流菌帽结构的探讨》(详见《纯碱工业》1985年第4期,第2~5页及22页)一文中介绍:“溢流菌帽塔由于增加溢流管,钢材用量稍多于传流菌帽塔,”另外,据《四川省科技项目查新咨询报告书》(编号:A901010)查新结论证明:“未见有用塑料来制作制碱塔中的菌帽塔板的文献报道。”“经咨询化工部第八设计院的有关专家,得知现有的菌帽塔板是由金属材料制成,即是铸铁的”。在长期的制碱生产过程中,我们发现铸铁塔板存在如下不足:(1)铸造成型工艺复杂,更新换代采用新设计结构困难;(2)金属受制碱生产中多种化学物质的腐蚀特别是氯离子的腐蚀影响严重,防腐费用高;(3)铸铁等受腐蚀后易生产出色碱,影响产品质量;(4)摩擦系数大,易产生结疤堵塞;(5)铸铁菌帽塔板笨重,每个重240公斤,每个碳化塔内装有30~40个菌帽塔板,因此安装维修困难;(6)铸铁塔板制造费用高昂,防腐处理后,每个需花费1200元。对于金属塔板存在的上述问题长期未能得以解决的原因是多方面地,主要因素可能是:设计人员认为碳化塔内工作环境恶劣,化学反应复杂,塔板的设计受塔内温度、压力、气体、液体、固体、化学反应等众多条件的制约,制造塔板的材料只有铸铁、钢板等金属材料才能胜任。特别是现有碳化塔多设计为压力容器,塔内压力高达数公斤。如果选用塑料材料来替换铸铁或钢板制造塔板,这种塔板必定会因不能承受塔内的压力而导致损坏,因此,现有设计人员基本不考虑用塑料来制造塔板,而只考虑对塔板的结构构造进行改革。
本发明的目的是克服上述技术偏见,采用适当的塑料材料来替换铸铁或钢板制造塔板,以解决金属塔板长期存在的上述各种问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
本发明所述碳化塔用塔板是采用耐酸碱腐蚀、有较好的物理机械性能、软化温度大于70℃的塑料材料制成。
本发明较好的技术方案是选用硬聚氯乙烯(PVC)塑料、氟塑料或工程塑料材料来制做塔板。
本发明进一步的技术方案是采用焊接塑料的方法来制做塔板。
本发明更好的技术方案是选用硬聚氯乙烯塑料板材经加工成型后焊接成菌帽塔板,菌帽盖的周边为锯齿状,底板中心孔的周边也是锯齿状。
下面参照附图对本发明的设计思想和具体实施例做进一步详细说明。
图1 硬聚氯乙烯菌帽塔板剖视示意图
图2 硬聚氯乙烯菌帽塔板俯视示意图
图3 装有菌帽塔板的碳化塔上段示意图
鉴于铸铁类金属塔板存在的主要缺陷,本发明的主体设计思想是选用适当的塑料材料来替换铸铁或钢板制造塔板,这一设计思想是向传统的设计方案大胆的挑战,在论证本技术方案的可行性时,受到较多专家的质疑,认为不能应用于工业化生产过程。发明人根据长期的制碱生产经验和充分的理论依据解答了专家的质疑,并经正式生产实践证明本发明的设计思想是完全可行的,采用耐酸碱腐蚀、有较好的物理机械性能、软化温度大于70℃的塑料材料,如硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯、尻龙等类塑料材料来制做碳化塔用塔板可获得较好的效果。在实际应用时,碳化塔内虽有几公斤的压力,但这是指碳化塔内部与外面大气压的压力差,塑料塔板位于碳化塔内,可认为是处于一闭合的匀压系统内,塑料塔板承受的压力差较小,使用时只需注意不要快速加压或减压,就可保证塑料塔板不会被损坏。
图1~3是本发明的具体实施例,制造塔板〔1〕所用的塑料材料是硬聚氯乙烯塑料,它价格低廉,具备耐酸、碱、盐类,碳氯化合物,有机溶剂等介质腐蚀的优点。还具有较好的物理机械性能,弹性模数为15000~3000kg/cm2、抗拉强度为450~500kg/cm2,静摩擦系数0.4~0.45,动摩擦系数0.23,拉伸强度5000~9000Psi,拉伸模数3.5~6.0×105Psi,压缩强度8000×13000Psi,抗冲强度0.4~20ftlb/in,脆化温度-50~-60℃,在75~80℃时变软等特性,因此,用它制造的塑料塔板〔1〕,适宜安装在碳化塔〔2〕内工作。本实施例所述塑料塔板〔1〕是采用硬聚氯乙烯塑料板材经加工成型后再焊接制成菌帽塔板〔1〕,菌帽盖〔3〕的周边〔4〕为锯齿状,使气体和液体接触良好,底板〔5〕中心孔的周边〔6〕也是锯齿状,使气体分布均匀,提高吸收CO2的效率,菌帽盖〔3〕与底板〔5〕之间焊接有筋板〔7〕。
采用本发明所述塑料材料来替换铸铁制造塔板具有以下显著的优点:(1)成型、焊接制做塔板工艺简单,便于塔板结构构造的更新换代;(2)不需进行防腐处理,减少防腐设备和防腐费用;(3)提高了产品质量,不出色碱;(4)摩擦系数小,不易出现结疤堵塞问题,与锯齿状结构配合,强化了生产中的传质过程,使气液分布均匀,吸收CO2效率高而稳定;(5)PVC塑料塔板每个仅重33~34公斤,因此,安装维修塔板方便;(6)以塔的直径为1.4米的碳化塔为例对PVC塔板与铸铁塔板进行比较,铸铁塔板的费用为1400元/个,而PVC塔板的费用为225元/个,每个塔板节约费用1175元,每个碳化塔可节省数万元的投资,有较大的经济价值。