脫硝石膏潔淨裝置及方法與流程

2024-04-03 14:26:05 1

本發明屬於石膏潔淨領域，尤其涉及脫硝石膏潔淨裝置及方法。

背景技術：

滷水脫硝，利用冷凍法來脫去鹽滷水中的硫酸根離子，具有能耗高，設備投入大的特點，化學法脫硝作為鹼廠的一種新型的脫硝方式，即在鹽滷水中加入鈣離子溶液，從而結晶形成二水硫酸鈣固體(石膏)，通過固液分離，去除包含硫酸根的固體石膏，從而達到脫出鹽滷液中硫酸根的目的，但產出的固體石膏，卻因高含鹽分，無法得到有效的利用。需要後續的分離，潔淨工藝方可生產出可供下遊產業使用合格的石膏，同時又要滿足鹽滷液不被稀釋的目的。

現有的脫硝石膏潔淨裝置結構示意圖如圖1所示，其由常規結晶器3，旋流器4，真空皮帶機5組成。但現有的脫硝石膏潔淨裝置和工藝的固液分離效果，固體清洗效果和分離的稀釋的濾液都無法達到實際工業期望的水平。

技術實現要素：

一方面，本發明的目的在於克服現有技術存在的不足之處而提供了可調節式化學石膏結晶反應器，本發明的可調節式化學石膏結晶反應器可有效的控制石膏晶體的大小，進而實現良好的固液分離，提高了後續脫水的效率及清洗效果。

本方採用的技術方案為：可調節式化學石膏結晶反應器，包括錐形反應器本體，錐形反應器本體的內腔由自上而下固定的兩個豎隔板分隔形成位於中間的結晶反應區和位於兩側的澄清分離區，豎隔板的底部與錐形反應器本體的底部留有間隙，結晶反應區設有反應液入口和第一溢流返回液入口，澄清分離區的上部設有溢流出口，錐形反應器本體底端的漿液出口與第一水力旋流器的進料口連通，第一水力旋流器的上溢流口與第一溢流返回液入口連通，第一水力旋流器的底端設有排料口。

所述第一水力旋流器的上溢流口與第一溢流返回液入口通過一級溢流返回管道連通，一級溢流返回管道的一端伸入所述結晶反應區，為了使得獲取的晶體顆粒大小更為均勻，一級溢流返回管道的端頭應設於反應器相對低的部位(例如，中部以下區域)，具體位置視晶體所需大小而定。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述結晶反應區內還設有攪拌器。攪拌器優選為調速攪拌器。攪拌器的設置可使得反應物均勻混合接觸，提高反應速度。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述結晶反應區還設有壓縮空氣吹掃管，壓縮空氣吹掃管的底端臨近所述錐形反應器本體的錐形底部。優選地，壓縮空氣吹掃管上設有調節閥。壓縮空氣吹掃管的設置在結晶反應中起到輔助作用，對於結晶反應器底部及壁上的結垢，可以起到吹掃清除的作用。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述可調節式化學石膏結晶反應器還包括第二水力旋流器，第二水力旋流器的進料口與所述第一水力旋流器的排料口連通，中間由泵加壓將第一水力旋流器排出的料液泵入第二水力旋流器，第二水力旋流器的底端設有排料口；

所述結晶反應區設有第二溢流返回液入口，第二水力旋流器的上溢流口與第二溢流返回液入口連通。所述第二水力旋流器的上溢流口與第二溢流返回液入口通過二級溢流返回管道連通，二級溢流返回管道的一端伸入所述結晶反應區，為了使得獲取的晶體顆粒大小更為均勻，二級溢流返回管道的端頭應設於反應器相對低的部位(例如，中部以下區域)，具體位置視晶體所需大小而定。

由於石膏反應溶液有不同特性，導致結晶區間及時間不同，為了實現在不同的反應溶液條件下生成較為理想的晶體，保持優良的固液分離效果，提升反應器的可調節性，本發明的結晶反應器還設有第二水力旋流器。

另一方面，本發明還提供了脫硝石膏潔淨裝置，包括所述的可調節式化學石膏結晶反應器和分段式真空皮帶脫水機，分段式真空皮帶脫水機包括多孔橡膠皮帶、進料裝置、濾餅洗滌裝置，多孔橡膠皮帶在皮帶驅動輪的驅動下從上遊至下遊傳動，進料裝置設於多孔橡膠皮帶的上遊，多孔橡膠皮帶的下方設有真空盒，真空盒中由隔板分為第一脫水區和第二脫水區，其中第一脫水區用於對待處理的漿液進行真空抽吸脫水形成濾餅，分離的濾液進入第一脫水區，第二脫水區用於對經濾餅洗滌裝置噴淋後的濾餅進行真空抽吸脫水，分離的洗滌液進入第二脫水區；真空盒下方、沿多孔橡膠皮帶的傳動方向依次設有第一氣液集管和第二氣液集管，第一氣液集管和第二氣液集管分別與真空盒的第一脫水區和第二脫水區連通，第一氣液集管的出液口與第一氣液分離罐的氣液進口連通，第二氣液集管的出液口與第二氣液分離罐的氣液進口連通，第一氣液分離罐和第二氣液分離罐的出氣口分別與真空泵的抽氣口連通，第一氣液分離罐和第二氣液分離罐還分別設有出液口；濾餅洗滌裝置位於與所述第二氣液集管對應的多孔橡膠皮帶上方的相應位置處；

可調節式化學石膏結晶反應器的第一水力旋流器的排料口與進料裝置的進料口連通；

可調節式化學石膏結晶反應器的結晶反應區還設有真空皮帶濾液返回入口，真空皮帶濾液返回入口與第一氣液分離罐的出液口連通。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述多孔橡膠皮帶的橫截面為槽形，所述出液孔設於其底部，所述濾布支撐在多孔橡膠皮帶的上部。多孔橡膠皮帶上部用於支撐濾布，下部形成真空室，為過濾提供通暢的排液通道，氣液兩相流動阻力小，抽濾時具有良好的氣密性，從而獲得較高的真空推動力。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述濾料清洗裝置包括衝洗管路、水泵、水箱和設置在多孔橡膠皮帶上方的分布器，衝洗管路的一端與分布器連接，其另一端通過水泵與水箱連接。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述分布器與所述水泵之間的衝洗管路上安裝有可調節式流量計。可調節式流量計使得分段式真空皮帶脫水機具有準確的可調節性，即高效又節約。

作為對上述技術方案的進一步改進，所述分布器設有兩個，兩個分布器沿多孔橡膠皮帶的傳動方向並行排列。

又一方面，本發明還提供了一種脫硝石膏潔淨方法，包括以下步驟：

1)將鹽滷水、鈣離子溶液從所述的脫硝石膏潔淨裝置的反應液入口注入脫硝石膏潔淨裝置的結晶反應區，鹽滷水、鈣離子溶液反應後得到的漿液從漿液出口進入第一水力旋流器；

2)第一水力旋流器對漿液進行濃縮，並對其中的固體根據粒徑大小進行分割；經第一水力旋流器分離後形成的漿料從第一水力旋流器的出料口進入分段式真空皮帶脫水機，經第一水力旋流器分離後形成的相對較小的晶體顆粒經第一水力旋流器的上溢流口進入結晶反應區繼續長大；或

經第一水力旋流器分離後形成的漿料從第一水力旋流器的出料口進入第二水力旋流器，經第一水力旋流器分離後形成的相對較小的晶體顆粒經第一水力旋流器的上溢流口進入結晶反應區繼續長大；經第二水力旋流器再次分離後形成的漿料從第二水力旋流器的出料口進入分段式真空皮帶脫水機，經第二水力旋流器再次分離後形成的相對較小的晶體顆粒經第二水力旋流器的上溢流口進入結晶反應區繼續長大；

3)分段式真空皮帶脫水機的真空盒的第一脫水區對其上方的漿液進行真空抽吸脫水，直至生成的濾餅上方無液體，脫水後分離的濾液和氣體隨後依次進入第一氣液集管、第一氣液分離罐，最終濾液返回至脫硝石膏潔淨裝置的結晶反應區或去下遊環節，氣體被真空泵抽走；脫水後分離的濾餅傳送至第二脫水區，開啟濾餅洗滌裝置對濾餅進行清洗，經第二脫水區的真空抽吸作用，分離的洗滌液和氣體進入第二脫水區，隨後依次進入第二氣液集管、第二氣液分離罐，最終洗滌液流至洗滌液收集器，氣體被真空泵抽走。

石膏晶體的大小形狀，對於石膏製品的物理性能差異很大。在所述的脫硝石膏潔淨方法中，水力旋流器起到對晶體顆粒大小進行分級的作用，而將水力旋流器分離的溢流返回液中的晶體顆粒返回至結晶反應區是影響結晶顆粒的大小與結晶速度的關鍵。而現有的脫硝石膏潔淨裝置未對反應器本體進行分區，影響了結晶顆粒的大小與結晶速度。

相對於現有技術，本發明的有益效果為：

1)本發明的脫硝石膏潔淨裝置由可調節式化學石膏結晶反應器和分段式真空皮帶脫水機組成，可調節式化學石膏結晶反應器可有效的控制石膏晶體的大小，進而實現充分的固液分離，提高了分段式真空皮帶脫水機的脫水的效率及濾餅清洗效果，得到的濾餅更能滿足建材行業、石膏製品行業、無機新材料等下遊產業的使用需求；

2)本發明的脫硝石膏潔淨裝置的分段式真空皮帶脫水機採用了分段式設計，既可實現對於含固漿液的分離，又可以保證分離的濾液不被汙染與稀釋，同時保證分離出的固體濾餅得到充分的清洗及脫水。分段式真空皮帶脫水機的濾料清洗裝置採用帶計量的組合式噴淋系統時，具有準確的可調節性，即高效又節約。

附圖說明

圖1為現有的脫硝石膏潔淨裝置結構示意圖；

圖2為本發明脫硝石膏潔淨裝置結構示意圖；

圖3為本發明脫硝石膏潔淨裝置的分段式真空皮帶脫水機的結構示意圖；

圖4為本發明脫硝石膏潔淨裝置的濾料清洗裝置的結構示意圖。

具體實施方式

本發明的目的是解決鹼廠副產脫硝石膏質量提純，脫出鹽份，以滿足下遊產業的使用需求，同時保證原始鹽滷液不被稀釋，用於本體下遊生產所需，確保達到充分的固液分離的目的。

本發明的一個核心，是固液混合漿液分離，並且通過調節生成石膏晶體的大小，達到有助於固液分離的效果，對於濾清液有特殊要求，同時對於分離出的固體進行潔淨除鹽處理而設計發明的裝置及工藝。

通常的真空皮帶脫水機，僅注重於脫水效果，脫水後的固體潮溼度等，而對於脫水後的濾清液沒有關注。本發明在原有的真空皮帶脫水機的基礎上，重新設計了分段式真空脫水體系，結合可調節式石膏結晶反應器共同組成了一個工藝整體，可以同時滿足對於液固分離的要求，固體(濾餅)水洗除雜質(鹽份)的要求，又能滿足對於濾清液不被稀釋與汙染的要求。同時通過調整石膏晶體生成的大小達到固液分離的最優效果。並且創新使用帶計量的組合式噴淋系統，可以高效，節約的達到清洗效果。

為更好的說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將結合具體實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本發明的脫硝石膏潔淨裝置，包括可調節式化學石膏結晶反應器1和分段式真空皮帶脫水機2，可調節式化學石膏結晶反應器1包括錐形反應器本體11，錐形反應器本體11的內腔由自上而下固定的兩個豎隔板12分隔形成位於中間的結晶反應區13和位於兩側的澄清分離區14，豎隔板12的底部與錐形反應器本體11的底部留有間隙；結晶反應區13設有反應液入口和第一溢流返回液入口，反應溶液加入管131從反應液入口伸入結晶反應區13；在本實施例中，結晶反應區13還設有真空皮帶濾液返回入口；澄清分離區14的上部設有溢流出口141，錐形反應器本體11底端的漿液出口與第一水力旋流器15的進料口連通，第一水力旋流器的上溢流口與第一溢流返回液入口通過一級溢流返回管道151連通，第一水力旋流器15的底端設有排料口，第一水力旋流器15的排料口與分段式真空皮帶脫水機2的進料口連通，在本實施例中，第一水力旋流器15的排料口與分段式真空皮帶脫水機2的第一進料口連通。所述第一水力旋流器的上溢流口與第一溢流返回液入口通過一級溢流返回管道連通，一級溢流返回管道的一端伸入所述結晶反應區，為了使得獲取的晶體顆粒大小更為均勻，一級溢流返回管道的端頭應設於反應器相對低的部位(例如，中部以下區域)，具體位置視晶體所需大小而定。第一水力旋流器是可以調節的，視下遊石膏工業對於石膏晶體大小的需求，來調節。

進一步地，所述結晶反應區13還設有攪拌器17。攪拌器17優選為調速攪拌器。攪拌器17的設置可使得反應物均勻混合接觸，提高反應速度。

進一步地，所述結晶反應區13還設有壓縮空氣吹掃管18，壓縮空氣吹掃管18的底端臨近所述錐形反應器本體11的錐形底部。優選地，壓縮空氣吹掃管18上設有調節閥。壓縮空氣吹掃管的設置在結晶反應中起到輔助作用，對於結晶反應器底部及壁上的結垢，可以起到吹掃清除的作用。

進一步地，所述可調節式化學石膏結晶反應器1還包括第二水力旋流器16，第二水力旋流器16的進料口與所述第一水力旋流器15的排料口連通，中間由泵加壓將第一水力旋流器排出的料液泵入第二水力旋流器，第二水力旋流器16的底端設有排料口，第二水力旋流器16的排料口與分段式真空皮帶脫水機2的第二進料口連通；

所述結晶反應區13設有第二溢流返回液入口，第二水力旋流器16的上溢流口與第二溢流返回液入口通過二級溢流返回管道161連通，二級溢流返回管道161伸入結晶反應區13內，為了使得獲取的晶體顆粒大小更為均勻、穩定，第二溢流返回液管的端頭應設於反應器相對低的部位(例如，中部以下區域)，具體位置視晶體所需大小而定。由於石膏反應溶液特性，導致結晶區間及時間不同，為了實現在不同的反應溶液條件下保持優良的固液分離效果及所需的晶體大小，提升反應器的運行可調節性，本發明的結晶反應器還設有第二水力旋流器。第二水力旋流器16的的進料口與所述第一水力旋流器15的排料口之間設有調節閥，用於控制經第一水力旋流器濃縮後形成的漿料進入第二水力旋流器16。第二水力旋流器同樣是可以調節的，視下遊石膏工業對於石膏晶體大小的需求，來調節。

如圖2所示，分段式真空皮帶脫水機2包括多孔橡膠皮帶21，其上支撐有濾布，其底部設有出液孔，多孔橡膠皮帶21在皮帶驅動輪的驅動下帶動濾布從上遊至下遊傳動，以輔助完成濾布上的漿料在不同位置處的處理操作，具體地，所述多孔橡膠皮帶21的橫截面為槽形，上部用於支撐濾布，下部形成真空室，為過濾提供通暢的排液通道，氣液兩相流動阻力小，抽濾時具有良好的氣密性，從而獲得較高的真空推動力；進料裝置23，其設於多孔橡膠皮帶21的上遊，進料口設於多孔橡膠皮帶21的上方，在本實施例中，進料口設有兩個，分別為第一進料口和第二進料口；以及濾餅洗滌裝置24；多孔橡膠皮帶21的下方設有真空盒22，真空盒22由隔板221分為第一脫水區222和第二脫水區223，其中第一脫水區222用於對待處理的漿液進行真空抽吸脫水直至多孔橡膠皮帶21上的漿液水跡線消失形成濾餅(也即濾餅上方無液體)，分離的濾液進入第一脫水區222，第二脫水區223用於對濾餅洗滌裝置噴淋後的濾餅進行真空抽吸脫水，分離的洗滌液進入第二脫水區223；真空盒22下方、沿多孔橡膠皮帶21的傳動方向依次設有第一氣液集管25和第二氣液集管26，第一氣液集管25和第二氣液集管26分別與真空盒22的第一脫水區222和第二脫水區223連通；需要說明的是，隔板221需要將真空盒22中間隔斷，從而避免濾液相互汙染；第一氣液集管25的出液口與第一氣液分離罐27的氣液進口連通，第二氣液集管26的出液口與第二氣液分離罐28的氣液進口連通，第一氣液分離罐27和第二氣液分離罐28的出氣口分別與真空泵29的抽氣口連通，需要說明的是，真空泵可共用一臺，另外為了加大抽真空能力，亦可選用兩臺真空泵分別連接對應的第一氣液分離罐和第二氣液分離罐。第一氣液分離罐27和第二氣液分離罐28還分別設有出液口，在本實施例中，第一氣液分離罐27的出液口可與可調節式化學石膏結晶反應器1的真空皮帶濾液返回入口通過真空皮帶濾液返回管道132連通；亦可直接去到下遊工藝環節，(視對於濾液品質要求而定)。濾餅洗滌裝置24位於與所述第二氣液集管26對應的多孔橡膠皮帶21上方的相應位置處；

進一步地，如圖3所示，所述濾料清洗裝置包括衝洗管路31、水泵(未示出)、水箱(未示出)和設置在多孔橡膠皮帶上方的分布器32，衝洗管路31的一端與分布器32連接，其另一端通過水泵與水箱連接。

更進一步地，所述分布器32與所述水泵之間的衝洗管路31上安裝有可調節式流量計33。可調節式流量計使得分段式真空皮帶脫水機具有準確的可調節性，即高效又節約。具體地，所述分布器設有兩個，兩個分布器沿多孔橡膠皮帶的傳動方向並行排列。視潔淨效果，可增加分布器的個數。

分段式真空皮帶脫水機對送入其中的漿液通過真空抽吸達到脫水目的，具體處理過程具體如下：漿液通過進料裝置被分布在濾布上，當漿液傳送至第一氣液集管處時，第一氣液集管對其上方的漿液進行真空抽吸脫水直至生成的濾餅上方無液體，脫水後的漿液形成固體濾餅，脫水後分離的濾液和氣體(即空氣)經多孔橡膠皮帶的出液孔流入第一氣液集管，隨後進入第一氣液分離罐，濾液經第一氣液分離罐的出液口最終至脫硝石膏潔淨裝置的結晶反應區，或直接去到下遊工藝線，(視對於濾液品質要求而定)，氣體被真空泵抽走；當濾餅被傳送至第二氣液集管處時，開啟濾餅洗滌裝置對濾餅進行清洗，經第二氣液集管的真空抽吸作用，分離的洗滌液和氣體進入第二氣液集管，隨後進入第二氣液分離罐，最終洗滌液流至洗滌液收集器(而不是與濾液混合，對濾液進行稀釋)，氣體被真空泵抽走，最終漿液被分段式真空皮帶脫水機清洗脫水後形成合格的濾餅在卸料區經卸料鬥落入石膏倉。

本發明的分段式真空皮帶脫水機根據真空吸收的特性，將固液混合漿液脫水，濾餅上方無液體時(即漿液水跡線消失)，將氣液集管進行分段，即形成第一氣液集管與第二氣液集管，同時對應的配置第一氣液分離罐和第二氣液分離罐，進行氣液分離，氣液分離的真空泵可共享，亦可分別配置。

在第一氣液集管對應的多孔橡膠皮帶上，固液混合漿液經過真空抽吸，濾液進入第一氣液集管，固體留在濾布上，此時，被抽取的濾液未經任何外來物質的添加或幹擾，直接去下遊工藝環節，滿足濾液不被汙染或被稀釋的要求。留在濾布上的固體，稱為濾餅，隨著多孔橡膠皮帶前進進入第二段，即第二氣液集管對應的皮帶上段。此時裝配的兩段濾餅衝洗線(即濾餅洗滌裝置，可水洗)，開啟，可對濾餅進行清洗，洗去固體濾餅中殘留的可溶性物質，如可溶性鹽等，為了達到下遊行業對於固體的質量要求，濾餅衝洗線還可適量增加。衝洗線的溶液或清水，經真空抽濾，進入到第二氣液集管，流入第二氣液分離罐，進行氣液分離，清洗液體進入另外的體系系統，不與在第一段皮帶抽濾的原濾液混合，各有各的去處。這樣第一脫水段的濾液，即未受汙染或稀釋的濾液，通過專用管路去到下遊環節。第二脫水段的濾液，由於參入了清水或其他溶液，則進入到另外指定處理環節。同時，經過兩段脫水，及清(水)洗的固體，達到使用標準後，進入到設計的倉庫中儲存。

本發明的可調節式化學石膏結晶反應器是針對常見結晶反應器的難於調節的弊端，重新設計，結合運用水力旋流器的特有功能，對於漿液進行濃縮，並對於其中的固體根據粒徑大小進行分割，大的固體晶體顆粒去到下遊的真空皮帶進行脫水，小的固體晶體顆粒隨液體返回線，重新進入反應器，作為晶種或小顆粒晶體繼續長大。由於漿液中溶液或有不同特性，導致結晶區間及時間不同，故在液體(旋流器溢流)返回線中，設計了兩組水力旋流器，可開一組，亦可開兩組，視具體情況而定。反應器中，結晶反應產生的固體隨反應器底部線進入水力旋流器組，進行濃縮分離，大顆粒固體晶體到下遊真空皮帶進行脫水，成為石膏成品。小顆粒固體晶體隨一級漿液溢流線，或二級漿液溢流線返回結晶反應器，再結晶長大。從分段式真空皮帶機脫水後的濾液，可隨濾液返回線返回結晶反應器，或直接排入下遊工序。(視脫水濾液的品質而定)。結晶反應器頂部澄清的液體，從溢流出口排入下遊工序。即完成結晶反應及分離。

本發明中的可調節式化學石膏結晶反應器，可有效的控制石膏晶體的大小，石膏的晶體，及晶型對於脫水效果，有直接的相關性，同時對於下遊石膏製品的性能亦息息相關。

本實施例還提供了脫硝石膏潔淨方法，包括以下步驟：

1)將鹽滷水、鈣離子溶液從所述的脫硝石膏潔淨裝置的反應液入口注入脫硝石膏潔淨裝置的結晶反應區，鹽滷水、鈣離子溶液反應後得到的漿液從漿液出口進入第一水力旋流器；

2)第一水力旋流器對漿液進行濃縮，並對其中的固體根據粒徑大小進行分割；經第一水力旋流器分離後形成的漿料從第一水力旋流器的出料口進入分段式真空皮帶脫水機，經第一水力旋流器分離後形成的相對較小的晶體顆粒經第一水力旋流器的上溢流口進入結晶反應區繼續長大；或

經第一水力旋流器分離後形成的漿料從第一水力旋流器的出料口經加壓進入第二水力旋流器，經第一水力旋流器分離後形成的相對較小的晶體顆粒經第一水力旋流器的上溢流口進入結晶反應區繼續長大；經第二水力旋流器再次分離後形成的漿料從第二水力旋流器的出料口進入分段式真空皮帶脫水機，經第二水力旋流器再次分離後形成的相對較小的晶體顆粒經第二水力旋流器的上溢流口進入結晶反應區繼續長大；

3)分段式真空皮帶脫水機的真空盒的第一脫水區對其上方的漿液進行真空抽吸脫水，直至生成的濾餅上方無液體，脫水後分離的濾液和氣體隨後依次進入第一氣液集管、第一氣液分離罐，最終濾液返回至脫硝石膏潔淨裝置的結晶反應區或去下遊環節，氣體被真空泵抽走；脫水後分離的濾餅傳送至第二脫水區，開啟濾餅洗滌裝置對濾餅進行清洗，經第二脫水區的真空抽吸作用，分離的洗滌液和氣體進入第二脫水區，隨後依次進入第二氣液集管、第二氣液分離罐，最終洗滌液流至洗滌液收集器，氣體被真空泵抽走。

石膏晶體的大小形狀，對於石膏製品的物理性能差異很大。在本實施例的脫硝石膏潔淨方法中，水力旋流器(包括第一水力旋流器和第二水力旋流器)起到對晶體顆粒大小進行分級的作用，而將水力旋流器分離的溢流返回液中的晶體顆粒返回至結晶反應區是影響結晶顆粒的大小與結晶速度的關鍵。

最後所應當說明的是，，參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。