一种曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备及方法与流程

1.本发明属于盐酸吸收和尾气处理技术领域，尤其涉及一种曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备及方法。


背景技术：

2.生产硫酸钾的方法中，目前工业上技术最成熟、质量最稳定的生产方法是曼海姆法，以硫酸和氯化钾为原料，将原料通入曼海姆炉内，在高温条件下，反应产生硫酸钾，同时副产氯化氢，氯化氢吸水后产生盐酸。由于曼海姆法产生的氯化氢中含有少量的水蒸汽、硫酸气、硫酸钾粉尘、氯化钾粉尘及防结块剂等杂质，这些杂质与氯化氢气体以雾状形式存在，目前工业上应用较多的处理方式是塔式多级吸收，吸收后的盐酸杂质含量较高、质量低，用途有限，经济效益不明显。
3.中国专利cn 210366982 u公开一种曼海姆硫酸钾副产盐酸吸收装置。该专利中主要通过降膜吸收塔组的方式对hcl进行吸收，提高了盐酸吸收效率，但未考虑盐酸中杂质的预处理，未对盐酸进行质量分级吸收和储存，存在盐酸质量低、稳定性差的问题。
4.中国专利cn 110092352 a公开了利用曼海姆法生产硫酸钾过程中的氯化氢气体制备盐酸方法，其装置主要设备有旋流板喷淋塔、第一除雾器、一级洗涤塔、第二除雾器、二级洗涤塔、第三除雾器、三级降膜吸收器、四级洗涤塔、风机、尾气塔等，该方法通过多级除雾和洗涤，充分洗涤hcl气体中的杂质，提高了盐酸质量，但整个工艺设备较多，工艺较为复杂，同时洗涤设备多，势必造成b酸产量增多、a酸产量减少，经济性较差。
5.另外，在曼海姆法生产硫酸钾的反应过程中，需定期进行反应炉的清理，即定期打开曼海姆反应炉炉门，对炉壁敲击，防止炉内物料结壁严重，降低反应效率。为保障操作人员人身安全，该操作时需维持炉内微负压，因此需设计一套专用于反应炉清理过程中吸收炉内尾气的负压hcl吸收系统。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备及方法，以解决现有技术中盐酸质量低、稳定性差、b酸产量多、a酸产量少等问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：
8.本发明涉及的一种曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备，其包括：
9.第一盐酸吸收单元，用于吸收曼海姆反应炉清理过程中产生的hcl气体，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔；
10.第二盐酸吸收单元，用于分级吸收曼海姆法制硫酸钾过程中反应产生的hcl气体，形成不同浓度的盐酸，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔；
11.尾气塔，用于接收来自第一盐酸吸收单元和第二盐酸吸收单元排出的气体并吸收在第一盐酸吸收单元及第二盐酸吸收单元中未被吸收的hcl气体。
12.优选地，所述的第二盐酸吸收单元包括：
13.b酸吸收塔，用于对曼海姆法制硫酸钾时产生的hcl气体进行洗涤和初步吸收，形成低品质盐酸，并将未被吸收的hcl气体输送至a酸降膜吸收器；
14.a酸降膜吸收器，用于借助来自a酸吸收塔的浓酸顺流吸收来自b酸吸收塔的hcl气体，生成高品质盐酸，并将未被吸收的hcl气体输送至a酸吸收塔；
15.a酸吸收塔，用于吸收来自a酸降膜吸收器的hcl气体并形成盐酸，将浓酸输送给a酸降膜吸收器，将未被吸收的hcl气体输送给尾气塔。
16.优选地，所述的b酸吸收塔包括洗涤段和吸收段，洗涤段的顶部设有用于输入曼海姆法制硫酸钾时产生的hcl气体的气体进口，洗涤段的顶部还设有第一洗涤液进口和第二涤液进口，洗涤段的底部与吸收段连通；所述的吸收段的底部设有低品质盐酸循环出口，顶部设有b酸吸收塔气体输出口，吸收段内从下到上依次设有填料吸收段和液体分布器，洗涤段与吸收段连通处位于填料吸收段的下方；所述的液体分布器和第二涤液进口均通过b酸循环泵及管道与低品质盐酸循环出口连通，所述的第一洗涤液进口用于连接工业用水；所述的b酸吸收塔气体输出口与a酸降膜吸收器连通；所述的b酸循环泵处还连接有b酸输出管；所述的b酸吸收塔内还设有除雾器，除雾器设置在液体分布器的上方。
17.优选地，所述的a酸降膜吸收器上设有降膜吸收器气相进口、降膜吸收器气相出口、降膜吸收器液相进口和降膜吸收器液相出口，降膜吸收器气相进口与b酸吸收塔气体输出口连通，降膜吸收器气相出口与a酸吸收塔连通，降膜吸收器液相出口处连接有a酸储槽，a酸储槽又通过a酸输送泵及管道与降膜吸收器液相进口连通；所述的a酸输送泵处还连接有a酸输出管。
18.优选地，所述的a酸吸收塔包括：
19.浓酸吸收段，用于循环使用其内部的浓酸，将hcl气体逆流吸收形成浓度更大的浓酸，并将未被吸收的hcl气体输送给稀酸吸收段；
20.稀酸吸收段，用于循环使用其内部的稀酸，将hcl气体逆流吸收形成浓度较大的稀酸，并将仍未被吸收的hcl气体输送给清水吸收段；
21.清水吸收段，用于通过工业用水将hcl气体吸收形成低浓稀酸，并将仍未被吸收的hcl气体输送给尾气塔；
22.所述的浓酸吸收段、稀酸吸收段和清水吸收段的吸收形式均为填料吸收，填料为泰勒花环或规整填料。
23.优选地，所述的浓酸吸收段的下方设有气相进口，底部设有浓酸出口，浓酸吸收段的上方设有第一槽式液体分布器，气相进口与a酸降膜吸收器气相出口连通，浓酸出口通过管道与第一槽式液体分布器，且连接浓酸出口和第一槽式液体分布器的管道上设有a酸循环泵和浓酸冷却器；所述的a酸降膜吸收器上设有两个降膜吸收器液相进口，其中一个降膜吸收器液相进口通过a酸输送泵与a酸储槽连通，另一个降膜吸收器液相进口通过a酸循环泵与浓酸出口连通。
24.优选地，所述的稀酸吸收段的下方设有稀酸储液段，稀酸储液段的内部设有升气管，稀酸储液段连接有稀酸循环槽，稀酸吸收段的上方设有第二槽式液体分布器，稀酸循环槽又通过管道与第二槽式液体分布器，连接稀酸循环槽和第二槽式液体分布器的管道上设有稀酸循环泵和稀酸冷却器；所述的稀酸循环槽还通过管道连接至a酸吸收塔内的位于浓酸吸收段下方的腔体处。
25.优选地，所述的清水吸收段的上方设有用于引入工业用水的管式液体分布器。
26.优选地，所述的尾气塔的顶部设有用于连接工业用水的水管，底部设有用于输入碱液的管道；所述的尾气塔的侧壁上设有尾气塔气相入口，尾气塔的底部设有碱液循环出口，尾气塔的上部设有碱液分布器，尾气塔的顶部设有烟囱；所述的碱液循环出口通过管道与碱液分布器连通，且连接碱液循环出口和碱液分布器的管道上设有尾气塔循环泵和碱液冷却器；所述的第一盐酸吸收单元为炉气净化吸收塔，炉气净化吸收塔的下半部分设有尾气入口，炉气净化吸收塔的上部设有用于通入工业用水的炉气净化吸收塔工业用水入口，炉气净化吸收塔的底端设有炉气净化吸收塔液相出口，炉气净化吸收塔的内部靠近顶端的位置设有炉气净化吸收塔液体分布器，炉气净化吸收塔液相出口和炉气净化吸收塔液体分布器之间通过管道连接，且连接炉气净化吸收塔液相出口和炉气净化吸收塔液体分布器的管道上设有炉气净化吸收塔循环泵；所述的炉气净化吸收塔的顶端设有炉气净化吸收塔气相出口，炉气净化吸收塔气相出口通过管道及设置在管道上的炉气净化吸收塔风机与尾气塔气相入口连通；所述的a酸吸收塔通过管道及设置在管道上的尾气风机与尾气塔气相入口连通。
27.本发明还涉及一种基于上述曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备的盐酸吸收和尾气处理方法，其包括以下步骤：
28.s1.通过第一盐酸吸收单元吸收曼海姆反应炉清理过程中产生的hcl气体，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔；
29.s2.通过第二盐酸吸收单元分级吸收曼海姆法制硫酸钾过程中反应产生的hcl气体，形成不同浓度的盐酸，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔；
30.s3.通过尾气塔接收来自第一盐酸吸收单元和第二盐酸吸收单元排出的气体并吸收在第一盐酸吸收单元及第二盐酸吸收单元中未被吸收的hcl气体。
31.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
32.1、本发明涉及的曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备包括第二盐酸吸收单元，该第二盐酸吸收单元采用分级吸收曼海姆法制硫酸钾时产生的hcl气体，形成不同品质和浓度的盐酸，进而提高盐酸的质量，b酸产量≤5％，a酸产量≥95％，经济效益更明显。
33.2、本发明涉及的曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备中的第二盐酸吸收单元包括b酸吸收塔、a酸降膜吸收器和a酸吸收塔，b酸吸收塔包括洗涤段和吸收段，a酸吸收塔包括浓酸吸收段、稀酸吸收段和清水吸收段，即a酸吸收塔和b酸吸收塔均为组合塔形式，内部结构为特殊设计，吸收效率高，洗涤段用于洗涤hcl气体，产品质量优、设备成本低。
34.3、本发明涉及的曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备中包括第一盐酸吸收单元，该第一吸收单元包括炉气净化吸收塔和炉气净化吸收塔风机，用以保障炉气净化吸收操作时曼海姆炉内的微负压状态，同时吸收炉气净化操作时产生的hcl气体，确保人员安全且无环境污染。
35.4、本发明涉及的曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备中，第一盐酸吸收单元和第二盐酸吸收单元共同连通至尾气塔，设计合理，设备成本低。
附图说明
36.图1是曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备的结构示意图；
37.图2是b酸吸收塔的结构示意图；
38.图3是a酸降膜吸收器的结构示意图；
39.图4是a酸吸收塔的结构示意图。
40.图中：1
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炉气净化吸收塔，101
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尾气入口，102
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炉气净化吸收塔工业用水入口，103
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炉气净化吸收塔液相出口，104
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炉气净化吸收塔液体分布器，105
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炉气净化吸收塔气相出口，2
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炉气净化吸收塔循环泵，3
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b酸吸收塔，31
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洗涤段，311
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气体进口，312
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第一洗涤液进口，313
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第二洗涤液进口，32
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吸收段，320
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低品质盐酸循环出口，321
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填料吸收段，322
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液体分布器，323
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除雾器，324
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b酸吸收塔气体输出口，4
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b酸循环泵，41
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b酸输出管，5
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a酸输送泵，51
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a酸输出管，6
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a酸储槽，7
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a酸吸收塔，71
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浓酸吸收段，711
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气相进口，712
‑
浓酸出口，721
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第一槽式液体分布器，722
‑
第二槽式液体分布器，73
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稀酸储液段，731
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升气管，74
‑
稀酸吸收段，75
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清水吸收段，76
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管式液体分布器，8
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a酸循环泵，9
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稀酸循环泵，10
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尾气风机，11
‑
尾气塔，111
‑
尾气塔气相入口，112
‑
碱液循环出口，113
‑
碱液分布器，12
‑
尾气塔循环泵，13
‑
炉气净化吸收塔风机，14
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a酸降膜吸收器，141
‑
降膜吸收器气相进口，142
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降膜吸收器气相出口，143
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降膜吸收器液相进口，144
‑
降膜吸收器液相出口，15
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浓酸冷却器，16
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稀酸循环槽，17
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稀酸冷却器，18
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碱液冷却器，19
‑
烟囱。
具体实施方式
41.为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
42.参照附图1所示，本发明涉及的一种曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备，其包括第一盐酸吸收单元、第二盐酸吸收单元和尾气塔11。
43.参照附图1所示，所述的第一盐酸吸收单元用于吸收曼海姆反应炉清理过程中产生的hcl气体，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔11；所述的第一盐酸吸收单元包括炉气净化吸收塔1和炉气净化吸收塔风机13，炉气净化吸收塔的下半部分设有尾气入口101，炉气净化吸收塔的上部设有用于通入工业用水的炉气净化吸收塔工业用水入口102，炉气净化吸收塔的底端设有炉气净化吸收塔液相出口103，炉气净化吸收塔的内部靠近顶端的位置设有炉气净化吸收塔液体布器104，炉气净化吸收塔液相出口103和炉气净化吸收塔液体分布器104之间通过管道连接，且连接炉气净化吸收塔液相出口103和炉气净化吸收塔液体分布器104的管道上设有炉气净化吸收塔循环泵2；所述的炉气净化吸收塔的顶端设有炉气净化吸收塔气相出口105，炉气净化吸收塔气相出口105通过管道及设置在管道上的炉气净化吸收塔风机13与尾气塔气相入口111连通。
44.参照附图1所示，第二盐酸吸收单元用于分级吸收曼海姆法制硫酸钾过程中反应产生的hcl气体，形成不同品质和浓度的盐酸，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔11；第二盐酸吸收单元包括b酸吸收塔3、a酸降膜吸收器14和a酸吸收塔7。
45.参照附图1和2所示，所述的b酸吸收塔3用于对曼海姆法制硫酸钾时产生的hcl气体进行洗涤和初步吸收，形成低品质盐酸，并将未被吸收的hcl气体输送至a酸降膜吸收器14。所述的b酸吸收塔3包括洗涤段31和吸收段32，洗涤段31的顶部设有用于输入曼海姆法
制硫酸钾时产生的hcl气体的气体进口311，洗涤段31的顶部还设有第一洗涤液进口312和第二洗涤液进口313，洗涤段31的底部与吸收段32连通；所述的吸收段32的底部设有低品质盐酸循环出口320，顶部设有b酸吸收塔气体输出口324，吸收段32内从下到上依次设有填料吸收段321和液体分布器322，洗涤段31与吸收段32连通处位于填料吸收段321的下方；所述的液体分布器322和第二洗涤液进口313均通过b酸循环泵4及管道与低品质盐酸循环出口320连通，所述的第一洗涤液进口312用于连接工业用水；所述的b酸吸收塔气体输出口324与a酸降膜吸收器14连通；所述的b酸循环泵4处还连接有b酸输出管41；所述的b酸吸收塔3内还设有除雾器323，除雾器323设置在液体分布器322的上方。
46.所述的曼海姆法制硫酸钾时产生的hcl气体首先通入洗涤段31通过工业一次水和b酸循环液对其进行喷淋洗涤，除去hcl气中夹带的少量的水蒸汽、硫酸气、硫酸钾粉尘、氯化钾粉尘及防结块剂等杂质，再进入b酸吸收塔吸收段32，与来自塔釜的b酸循环液在填料层传热传质，生成b酸。
47.参照附图1和3所示，所述的a酸降膜吸收器14用于借助来自a酸吸收塔7的浓酸顺流吸收来自b酸吸收塔3的hcl气体，生成高品质盐酸，并将未被吸收的hcl气体输送至a酸吸收塔7。所述的a酸降膜吸收器14上设有降膜吸收器气相进口141、降膜吸收器气相出口142、降膜吸收器液相进口143和降膜吸收器液相出口144，降膜吸收器气相进口141与b酸吸收塔气体输出口324连通，降膜吸收器气相出口142与a酸吸收塔7连通，降膜吸收器液相出口144处连接有a酸储槽6，a酸储槽6又通过a酸输送泵5及管道与降膜吸收器液相进口143连通；所述的a酸输送泵5处还连接有a酸输出管51。
48.参照附图1和4所示，所述的a酸吸收塔7用于吸收来自a酸降膜吸收器14输出的hcl气体并形成不同浓度的盐酸，将浓酸输送给a酸降膜吸收器14，将未被吸收的hcl气体输送给尾气塔11。所述的a酸吸收塔7包括浓酸吸收段71、稀酸吸收段74和清水吸收段75。
49.所述的浓酸吸收段71用于循环使用其内部的浓酸，将hcl气体逆流吸收形成浓度更大的浓酸，并将未被吸收的hcl气体输送给稀酸吸收段73，浓酸吸收段71的下方设有气相进口711，底部设有浓酸出口712，浓酸吸收段71的上方设有第一槽式液体分布器721，气相进口711与a酸降膜吸收器气相出口142连通，浓酸出口712通过管道与第一槽式液体分布器721，且连接浓酸出口712和第一槽式液体分布器721的管道上设有a酸循环泵8和浓酸冷却器15；所述的a酸降膜吸收器14上设有两个降膜吸收器液相进口143，其中一个降膜吸收器液相进口143通过a酸输送泵5与a酸储槽6连通，另一个降膜吸收器液相进口143通过a酸循环泵8与浓酸出口320连通。
50.所述的稀酸吸收段74用于循环使用其内部的稀酸，将hcl气体逆流吸收形成浓度较大的稀酸，并将仍未被吸收的hcl气体输送给清水吸收段75；所述的稀酸吸收段74的下方设有稀酸储液段73，稀酸储液段73的内部设有升气管731，稀酸储液段73连接有稀酸循环槽16，稀酸吸收段73的上方设有第二槽式液体分布器722，稀酸循环槽16又通过管道与第二槽式液体分布器722，连接稀酸循环槽16和第二槽式液体分布器722的管道上设有稀酸循环泵9和稀酸冷却器17；所述的稀酸循环槽16还通过管道连接至a酸吸收塔7内的位于浓酸吸收段71下方的腔体处，使得稀酸可以通入浓酸吸收段71，吸收浓酸吸收段71中的hcl气体形成浓酸，进而能够提高浓酸的产量。
51.所述的清水吸收段75用于通过工业用水将hcl气体吸收形成低浓稀酸，并将仍未
被吸收的hcl气体输送给尾气塔11；所述的清水吸收段75的上方设有用于引入工业用水的管式液体分布器76，工业用水吸收hcl气体形成低浓稀酸，低浓稀酸顺流而下进入到稀酸吸收段74，继续吸收hcl气体，形成浓度较高的稀酸，并存储于稀酸储液段73，当稀酸储液段73存储到一定量后将稀酸通入稀酸循环槽16，稀酸循环槽16内的稀酸部分经过稀酸循环泵9压入稀酸吸收段继续吸收hcl气体，使得稀酸循环槽16的稀酸浓度不断升高，当浓度升至一定高度时，将稀酸循环槽16的浓度较高的稀酸通入浓酸吸收段71，吸收浓酸吸收段71内的hcl气体并形成高品质的浓酸(浓盐酸)，部分浓酸通过a酸循环泵8抽回浓酸吸收段71持续吸收hcl气体；部分浓酸通过a酸循环泵8抽至a酸降膜吸收器14中，通过顺流吸收的方式吸收a酸降膜吸收器14中的hcl气体，进而在a酸降膜吸收器14中形成高浓度盐酸，满足指标要求，通过a酸降膜吸收器液相出口144输送至a酸储槽6内；所述的a酸吸收塔7的气相出口通过管道及设置在管道上的尾气风机10与尾气塔11的气相入口连通。
52.上述的浓酸吸收段71、稀酸吸收段74和清水吸收段75的吸收形式均为填料吸收，填料为泰勒花环或规整填料。
53.参照附图1所示，所述尾气塔11用于接收来自第一盐酸吸收单元和第二盐酸吸收单元排出的气体并吸收在第一盐酸吸收单元及第二盐酸吸收单元中未被吸收的hcl气体。所述的尾气塔11的顶部设有用于连接工业用水的水管，底部设有用于输入碱液的管道；所述的尾气塔的侧壁上设有尾气塔气相入口111，尾气塔11的底部设有碱液循环出口112，尾气塔11的上部设有碱液分布器113，尾气塔11的顶部设有烟囱19；所述的碱液循环出口112通过管道与碱液分布器113连通，且连接碱液循环出口112和碱液分布器113的管道上设有尾气塔循环泵12和碱液冷却器18。
54.基于上述曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理设备的盐酸吸收和尾气处理方法，其包括以下步骤：
55.s1.通过第一盐酸吸收单元吸收曼海姆反应炉清理过程中产生的hcl气体，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔；
56.s2.通过第二盐酸吸收单元分级吸收曼海姆法制硫酸钾过程中反应产生的hcl气体，形成不同浓度的盐酸，并将未完全吸收的hcl气体输送至尾气塔；
57.s3.通过尾气塔接收来自第一盐酸吸收单元和第二盐酸吸收单元排出的气体并吸收在第一盐酸吸收单元及第二盐酸吸收单元中未被吸收的hcl气体。
58.上述曼海姆法制硫酸钾中盐酸吸收和尾气处理方法的具体步骤为：
59.1)对a酸降膜吸收器14、浓酸冷却器15、稀酸冷却器17、碱液冷却器18进行保冷处理，并通入压力范围为0.3～0.5mpa、温度范围为30～35℃的循环水。
60.2)在反应稳定的状态下，来自硫酸钾装置曼海姆炉的含hcl的混合气体先进入b酸吸收塔洗涤段31，通过工业一次水和b酸循环液对其进行喷淋洗涤，除去hcl气中夹带的少量的水蒸汽、硫酸气、硫酸钾粉尘、氯化钾粉尘及防结块剂等杂质，再进入b酸吸收塔吸收段32，与来自塔釜的b酸循环液在填料层传热传质，生成b酸；所述的b酸，浓度≥31％，含硫酸根，为低品质盐酸。
61.3)b酸吸收塔3顶部气相进入a酸降膜吸收器14，与来自a酸吸收塔7的浓酸顺流吸收，生成高品质的a酸，所述的a酸，浓度≥31％，为高品质工业盐酸，a酸降膜吸收器14中未吸收的hcl进入a酸吸收塔7，与来自塔釜的a酸循环液在填料层传热传质、逐级吸收，a酸吸
收塔7下部吸收成浓酸、中部吸收成稀酸、上部吸收成低浓稀酸，吸收热分别由浓酸冷却器15、稀酸冷却器17移除，少量未吸收的hcl气经尾气风机10输送至尾气塔11，通过碱液中和吸收处理，吸收达标后，尾气经烟囱高空排放。
62.4)在曼海姆法生产硫酸钾的反应过程中，需定期对曼海姆炉进行清理操作，因此，本发明增加一套专用于曼海姆炉清理时使用的第一盐酸吸收单元。通过炉气净化吸收塔风机13将清理曼海姆炉时产生的hcl气体通入炉气净化吸收塔1中，hcl气体与塔顶加入的工业一次水逆流吸收，除去尾气中含有的少量hcl，少量未吸收的hcl输送至尾气塔11，通过碱液中和吸收处理，吸收达标后，尾气经烟囱高空排放。
63.以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。