适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置及方法与流程
本发明涉及无机盐混合溶液的中的分离芒硝，特别涉及氯碱、纯碱、制盐、提锂等行业含硫酸钠成份的无机盐混合溶液中的芒硝分离装置及分离方法。
背景技术：
1、中国专利数据库中，公开了一种芒硝连续冷冻结晶工艺，其公开号：cn109775727a，公开日： 20190521；该工艺包括以下步骤：a、预冷：先冷却至40～50℃，再冷却至25～35℃；b、一级冷冻：冷却至5～15℃；c、一级沉降；d、一级分离；e、二级冷冻：冷却至-10～0℃；f、二级沉降；g、二级分离。该发明的有益效果是实现了整个结晶过程的连续进料、连续出料，从而实现芒硝的连续化生产；冷冻结晶过程分为两级完成，有效减少了结晶推动力，从而极大地降低了结晶工艺中芒硝的结疤速度，有效提高了设备利用率，提高了生产效率。同时，由于一级冷冻结晶温度高，制冷效率高，可有效降低能耗；析硝率高，一级冷冻结晶和二级冷冻结晶累计析硝率在90％以上。
2、其不足之处在于：由于芒硝在冷冻结晶条件下具有介稳区宽度较窄的特点，导致易在换热壁面上快速结晶，形成晶疤，使换热热阻急剧升高、产能急剧下降。即便采用了该专利所述的两级冷冻，虽然相比间歇工艺能够降低结疤速度，延长生产时间，但仍然需要对加热室表面进行定期的冲洗或选择备用换热器来保证生产的连续性，无法从根本上解决在十水硫酸钠在换热表面结晶的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置及方法，使其可利用无机盐溶液与低温空气直接换热，降温结晶在喷雾冷冻结晶器内同步进行，避免发生十水硫酸钠结晶吸附在换热表面导致堵塞换热器的情况发生。
2、为此，本发明提供的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置，其结构包括预冷器、兑卤器、冷冻结晶器、离心分离装置、制冷装置、循环风泵、喷雾装置及增压泵；所述预冷器为带有两条通路的换热器，预冷器的第一通路进口用于无机盐原料液的供入，预冷器的第一通路出口连接至兑卤器的进口一；兑卤器的液体出口经增压泵连接至冷冻结晶器内设置的喷雾装置，冷冻结晶器内顶部的气相出口经循环风泵及制冷装置后，回流连接至冷冻结晶器，冷冻结晶器底部的结晶混合液出口连接至所述离心分离装置的进口，离心装置上设有用于排出十水芒硝的固体出口和排出低硝无机盐溶液的液体出口，离心装置上的液体出口分为两路，一路与预冷器的第二通路的进口相连，另一路与兑卤器上的进口二相连。
3、为达到更好的预冷效果，所述预冷器的两条通路为相互逆流的换热通路。逆流换热具有更高的换热效率。
4、为了便于结晶物沉降，所述冷冻结晶器下部呈锥型收缩。
5、进一步地，在所述预冷器、兑卤器、冷冻结晶器、离心分离装置、制冷装置、循环风泵、喷雾装置及增压泵相连的管路上设置有输送泵及控制阀。
6、本发明还公开了利用上述装置进行的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，包括如下步骤：
7、a、预冷：将含硫酸钠的无机盐原料液泵入预冷器中，与部分经离心分离装置分离后的低硝无机盐溶液换热，使无机盐原料液间接冷却降温至20～30℃，得到预冷液；
8、b、兑卤：预冷液送至兑卤器中，与部分与离心分离装置分离后的低硝无机盐溶液混合直接冷却降温至10～20℃，并混合调整至硫酸钠浓度范围为25～50g/l。
9、c、喷雾冷冻结晶：兑卤器内的溶液经增压泵增压并泵送至喷雾装置，在冷冻结晶器内喷雾，将无机盐溶液雾化或分散成小液滴；通过制冷装置和循环风泵控制冷冻结晶器内冷空气温度为-10～-5℃，使无机盐溶液雾气/小液滴冷冻结晶形成十水硫酸钠颗粒，结晶颗粒混合在低硝无机盐溶液中落入喷雾冷冻结晶器的底部；
10、d、将步骤c中的低硝无机盐溶液和结晶颗粒的固液混合物用送至离心分离装置，脱水后的十水硫酸钠结晶从固体出口排出；低硝无机盐溶液从液体出口排出，用作预冷器冷源和兑卤器兑卤。
11、进一步地，在步骤c中，制冷装置和循环风泵进行冷空气循环时，制冷装置的出口冷空气温度为-15～-10℃。
12、与现有技术相比，本发明有益效果在于，本发明集降温预冷、兑卤、喷雾冷冻结晶、离心脱水等工艺为一体，具有生产效率高，循环量低、节能高效、流程精简等优点。利用无机盐溶液与低温空气直接换热，降温结晶在冷冻结晶器内同步进行，换热效率高，结晶速度快，由于冷冻结晶器内没有实体换热界面，不会发生十水硫酸钠结晶吸附在换热表面导致堵塞换热器的情况发生。此外，该装置及方法可以实现连续结晶，其生产效率高，生产过程中产生的低硝无机盐溶液可以反复回用，环境污染小。该本发明可以用于氯碱、纯碱、制盐、提锂等行业中，对无机盐混合溶液中的芒硝进行分离。
技术特征：
1.一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置，其特征在于：包括预冷器、兑卤器、冷冻结晶器、离心分离装置、制冷装置、循环风泵、喷雾装置及增压泵；所述预冷器为带有两条通路的换热器，预冷器的第一通路进口用于无机盐原料液的供入，预冷器的第一通路出口连接至兑卤器的进口一；兑卤器的液体出口经增压泵连接至冷冻结晶器内设置的喷雾装置，冷冻结晶器内顶部的气相出口经循环风泵及制冷装置后，回流连接至冷冻结晶器，冷冻结晶器底部的结晶混合液出口连接至所述离心分离装置的进口，离心装置上设有用于排出十水芒硝的固体出口和排出低硝无机盐溶液的液体出口，离心装置上的液体出口分为两路，一路与预冷器的第二通路的进口相连，另一路与兑卤器上的进口二相连。
2.根据权利要求1所述的适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置，其特征在于：所述预冷器的两条通路为相互逆流的换热通路。
3.根据权利要求1所述的适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置，其特征在于：所述冷冻结晶器下部呈锥型收缩。
4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置，其特征在于：所述预冷器、兑卤器、冷冻结晶器、离心分离装置、制冷装置、循环风泵、喷雾装置及增压泵相连的管路上设置有输送泵及控制阀。
5.一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，其特征在于，步骤a中，降温后的预冷液温度为20～30℃。
7.根据权利要求5所述的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，其特征在于，步骤b中，预冷液与低硝无机盐溶液混合直接冷却降温至10～20℃。
8.根据权利要求5所述的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，其特征在于，步骤b中，混合调整至硫酸钠浓度范围为25～50g/l。
9.根据权利要求5所述的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，其特征在于，步骤c中，制冷装置和循环风泵进行冷空气循环时，制冷装置的出口冷空气温度为-15～-10℃。
10.根据权利要求5所述的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶方法，其特征在于，固体出口排出的十水硫酸钠结晶脱水后经干燥或热溶回收生产元明粉。
技术总结
本发明公开了芒硝分离技术领域内的一种适用于无机盐体系脱硝的冷冻喷雾连续结晶装置及方法，该装置的预冷器的第一通路进口用于无机盐原料液的供入，预冷器的第一通路出口连接至兑卤器的进口一；兑卤器的液体出口经增压泵连接至冷冻结晶器内设置的喷雾装置，冷冻结晶器的气相出口经循环风泵及制冷装置后，回流连接至冷冻结晶器，冷冻结晶器底部的出口连接至所述离心分离装置的进口，离心装置上设有固体出口和液体出口，液体出口一路与预冷器的第二通路的进口相连，另一路与兑卤器上的进口二相连。其采用喷雾方式使无机盐降温结晶，由于没有实体换热界面，不会发生结晶堵塞换热器的情况。其可以用于氯碱、纯碱、制盐、提锂等行业中。
技术研发人员：廉颖,陆英,王磊
受保护的技术使用者：中国石油化工集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5