一种硫酸浓缩系统装置及浓缩方法与流程

1.本发明属于硫酸浓缩技术领域，涉及一种硫酸浓缩系统装置及浓缩方法。


背景技术：

2.硫酸是重要的化工原料，用于化工、石油、钢铁等领域，应用广泛，工业上常用于做脱水剂、反应中间体、清洗剂、催化剂等。基于化学工业的发展和对环境保护的需求，现在化工行业中一般对稀硫酸进行浓缩回收，再继续用于生产，进而减少资源浪费和环境污染问题。生产中稀硫酸的提浓处理主要是在加热环境下对水分进行高温蒸发洗脱，或者加热的过程中减压浓缩。
3.cn210065174u公开了一种稀硫酸浓缩回收系统，包括稀硫酸预热装置、真空浓缩装置和浓硫酸回收装置，所述稀硫酸预热装置包括换热器和第一加热器，所述真空浓缩装置包括浓缩釜，所述换热器的第一入口用于与稀硫酸源连接，所述换热器的第一出口与所述第一加热器的入口连通，所述第一加热器的出口与所述浓缩釜的入口连通，所述浓缩釜的出口与所述换热器的第二入口连通，所述换热器的第二出口与所述浓硫酸回收装置连通。
4.cn213171472u公开了一种用于废硫酸的浓缩装置，包括浓缩箱，所述浓缩箱内设置循环浓缩釜，所述循环浓缩釜的左侧设置循环泵，所述循环泵的左侧设置换热器，所述浓缩箱上端面固定安装有蒸汽喷射泵所述换热器的左侧设置有回收箱，所述浓缩箱的右侧设置有储存罐，所述储存罐右侧设置有真空泵。
5.cn111874875a公开了一种用于废硫酸的浓缩方法，所述浓缩方法基于一套浓缩装置，所述浓缩装置包括有换热式过滤釜、卧式换热器、涂布式结晶釜、循环精馏塔和换热式膜浓缩釜，所述涂布式结晶釜、循环精馏塔和换热式膜浓缩釜上均连接有双重冷凝器。
6.现有加热提浓硫酸的过程中，设备耗损率较高，受到浓缩装置结构限制，无法提高硫酸的纯度，因此设计一款使用方便，提浓效率高的浓缩装置是非常必要的。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硫酸浓缩系统装置及浓缩方法，能够实现硫酸的一步提浓，方便快捷，能够实现酸平衡，对环境无污染，且维修方便，成本低，具有较高的实用价值。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供了一种硫酸浓缩系统装置，所述的系统装置包括依次连接的第一平衡槽、第一加热装置、第一冷凝装置、第二冷凝装置与第二平衡槽，所述的第一冷凝装置外套设有蒸发装置，所述蒸发装置的底部设有第二加热装置，所述的蒸发装置连接第二平衡槽，原酸由所述的第一平衡槽依次流入所述的第一加热装置、第一冷凝装置与第二冷凝装置内。
10.本发明提供的硫酸浓缩系统装置，实现了硫酸的一步提浓，方便快捷，且设备安全
性能高，能够实现酸平衡，对环境无污染，且维修方便，成本低，操作简单，具有较高的实用价值。
11.需要说明的是，本发明中将原酸加热后依次经过第一冷凝装置与第二冷凝装置，进行一次浓缩，再运输至第二平衡槽内，进入蒸发装置中，进行二次浓缩，待硫酸浓度达到要求后，再排出蒸发装置，实现了硫酸的一步提浓。
12.作为本发明一个优选技术方案，所述的第一冷凝装置设有进气口与第一溢流口，所述的进气口用于连接所述第一冷凝装置与第一加热装置，所述的第一溢流口用于连接所述第一冷凝装置与第二冷凝装置。
13.作为本发明一个优选技术方案，所述的第二冷凝装置由上至下分别设有第一出气口与第一排液口。
14.优选地，所述的第一排液口处设有第一阀门。
15.优选地，所述的第一冷凝装置与第二冷凝装置分别为石英冷凝器。
16.需要说明的是，由第一冷凝装置进入第二冷凝装置内的硫酸溶液，进行二次冷却后由第一排液口排出，再将排出的硫酸溶液运输至第二平衡槽内，或本领域技术人员可根据实际情况，在第一排液口底部设置用于收集硫酸溶液的集液罐，再通过出液管连接第二平衡槽，出液管上设置有动力泵，采用动力泵的作用将集液罐内的硫酸泵入第二平衡槽内，以备后续的二次浓缩。
17.作为本发明一个优选技术方案，所述的蒸发装置包括壳体，所述的壳体内由上至下依次设置第一挡板与第二挡板，所述的第一冷凝装置位于所述的第一挡板与第二挡板之间。
18.优选地，所述第一挡板与第二挡板表面分布有出气孔，所述第一挡板表面的出气孔与所述第二挡板表面的出气孔之间分别设置排气管。
19.优选地，所述的排气管围设于所述第一冷凝装置的外周。
20.优选地，所述的排气管为石英管。
21.优选地，所述的第二挡板表面开设有出液通孔。
22.作为本发明一个优选技术方案，所述壳体的两端分别设置有第二出气口与第二排液口。
23.优选地，所述第二出气口处设置有温度测量组件。
24.优选地，所述的第二排液口处设有第二阀门。
25.作为本发明一个优选技术方案，所述的第二平衡槽设有第二溢流口，所述的第二溢流口用于连接所述的第二平衡槽与蒸发装置。
26.优选地，所述第二平衡槽与蒸发装置的连接管路上设有进液阀门。
27.需要说明的是，本发明中涉及的装置或设备均为石英设备，具有耐腐蚀性能好，稳定性好，热膨胀系数小，以及耐温高的特点，相比现有其他蒸发设备，投资成本低，经济实用性强。
28.第二方面，本发明提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法采用第一方面所述的系统装置进行硫酸浓缩，所述的方法包括：
29.原酸由第一平衡槽依次流入第一加热装置、第一冷凝装置与第二冷凝装置内进行一次浓缩得到第一硫酸，将所述的第一硫酸由第二平衡槽流入蒸发装置内进行二次浓缩，
得到第二硫酸。
30.本发明提供的硫酸浓缩方法，处理范围广，操作简单，方便快捷，能够实现酸平衡，对环境无污染，成本低，经一次浓缩后的硫酸浓度提高了5～10％，在二次浓缩后得到的硫酸产品浓度能够达到90％以上，实现了硫酸的一步提浓。
31.作为本发明一个优选技术方案，所述的方法具体包括以下步骤：
32.(ⅰ)原酸由第一平衡槽流入第一加热装置内加热后形成硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气；
33.(ⅱ)步骤(ⅰ)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置内进行二次冷却，得到第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
34.(ⅲ)将步骤(ⅱ)中的第一硫酸由第二平衡槽的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置进行预热，随后在第二加热装置的加热下，产生第二水蒸气；
35.(ⅳ)步骤(ⅲ)中第二水蒸气进入排气管，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量第二出气口处的温度后进行排料，得到第二硫酸，并由第二排液口排出。
36.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅰ)中，所述原酸的浓度为40～80％的稀硫酸，例如可以是40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
37.优选地，步骤(ⅰ)中，所述硫酸蒸汽的温度为250～300℃，例如可以是250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、295℃或300℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
38.优选地，步骤(ⅱ)中，所述第一硫酸的浓度为45～90％，例如可以是45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
39.作为本发明一个优选技术方案，步骤(ⅳ)中，所述第二硫酸的浓度为90～98％，例如可以是90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％或98％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.优选地，步骤(ⅳ)中，所述第二出气口处的温度为300～350℃，例如可以是300℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃或350℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.需要说明的是，本发明中的第一冷凝装置内由于硫酸蒸汽的热量，可以起到对流入壳体内第一硫酸进行预热的作用，提高了热量利用率，能够降低成本。
42.本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
43.所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
44.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
45.本发明提供的一种硫酸浓缩系统装置及浓缩方法，方便快捷，且设备安全性能高，且维修方便，成本低，操作简单，具有较高的实用价值；处理范围广，操作简单，能够实现酸平衡，对环境无污染，经一次浓缩后的硫酸浓度提高了5～10％，在二次浓缩后得到的硫酸产品浓度能够达到90％以上，实现了硫酸的一步提浓。
附图说明
46.图1为本发明一个具体实施方式提供的硫酸浓缩系统装置的结构示意图。
47.其中，1-第一平衡槽；2-第一加热装置；3-第一冷凝装置；4-蒸发装置；5-排气管；6-第二冷凝装置；7-第二平衡槽；8-第二加热装置。
具体实施方式
48.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
49.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
51.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
52.在一个具体实施方式中，本发明提供了一种硫酸浓缩系统装置，如图1所示，所述的系统装置包括依次连接的第一平衡槽1、第一加热装置2、第一冷凝装置3、第二冷凝装置6与第二平衡槽7，所述的第一冷凝装置3外套设有蒸发装置4，所述蒸发装置4的底部设有第二加热装置8，所述的蒸发装置4连接第二平衡槽7，原酸由所述的第一平衡槽1依次流入所述的第一加热装置2、第一冷凝装置3与第二冷凝装置6内。
53.本发明提供的硫酸浓缩系统装置，实现了硫酸的一步提浓，方便快捷，且设备安全性能高，能够实现酸平衡，对环境无污染，且维修方便，成本低，操作简单，具有较高的实用价值。
54.本发明中将原酸加热后依次经过第一冷凝装置3与第二冷凝装置6，进行一次浓缩，再运输至第二平衡槽7内，进入蒸发装置4中，进行二次浓缩，待硫酸浓度达到要求后，再排出蒸发装置4，实现了硫酸的一步提浓。
55.进一步地，所述的第一冷凝装置3设有进气口与第一溢流口，所述的进气口用于连接所述第一冷凝装置3与第一加热装置2，所述的第一溢流口用于连接所述第一冷凝装置3与第二冷凝装置6。
56.进一步地，所述的第二冷凝装置6由上至下分别设有第一出气口与第一排液口。所
述的第一排液口处设有第一阀门。所述的第一冷凝装置3与第二冷凝装置6分别为石英冷凝器。
57.本发明中由第一冷凝装置3进入第二冷凝装置6内的硫酸溶液，进行二次冷却后由第一排液口排出，再将排出的硫酸溶液运输至第二平衡槽7内，或可根据实际情况，在第一排液口底部设置用于收集硫酸溶液的集液罐，再通过出液管连接第二平衡槽7，出液管上设置有动力泵，采用动力泵的作用将集液罐内的硫酸泵入第二平衡槽7内，以备后续的二次浓缩。
58.进一步地，所述的蒸发装置4包括壳体，所述的壳体内由上至下依次设置第一挡板与第二挡板，所述的第一冷凝装置3位于所述的第一挡板与第二挡板之间。
59.所述第一挡板与第二挡板表面分布有出气孔，所述第一挡板表面的出气孔与所述第二挡板表面的出气孔之间分别设置排气管5。
60.所述的排气管5围设于所述第一冷凝装置3的外周。所述的排气管5为石英管。
61.所述的第二挡板表面开设有出液通孔。
62.进一步地，所述壳体的两端分别设置有第二出气口与第二排液口。所述第二出气口处设置有温度测量组件。所述的第二排液口处设有第二阀门。
63.进一步地，所述的第二平衡槽7设有第二溢流口，所述的第二溢流口用于连接所述的第二平衡槽7与蒸发装置4。所述第二平衡槽7与蒸发装置4的连接管路上设有进液阀门。
64.本发明中涉及的装置或设备均为石英设备，具有耐腐蚀性能好，稳定性好，热膨胀系数小，耐温高的特点，相比其他蒸发设备，投资成本低，经济实用性强。
65.本发明中原酸经过第一平衡槽1进入第一加热装置2中加热，产生硫酸蒸汽后，再进入第一冷凝装置3中，部分硫酸蒸汽冷凝于第一冷凝装置3底部，形成液相，液相液位超过第一溢流口时，溢流至第二冷凝装置6后，从第二冷凝装置6的底部的第一排液口放出。未冷凝的硫酸蒸汽亦经过第一冷凝装置3的第一溢流口至第二冷凝装置6中继续冷却，冷凝形成浓酸，少部分水蒸汽未冷凝经过第二冷凝装置6的第一出气口排出。浓酸经第二冷凝装置6排出，中转至第二平衡槽7中，再溢流至蒸发装置4中。蒸发装置4上下两端围绕第一冷凝装置3设置多个排气管5。蒸发装置4的浓酸经过第一冷凝装置3预热，再经过第二加热装置8的加热后将浓酸再次提浓，浓酸蒸馏出的水蒸气经排气管5向上，并由蒸发装置4的第二出气口排出收集。在加热一段时间后，蒸发器内的浓酸浓度达到要求，经由蒸发装置4底部的第二排液口缓慢排出，通过控制第二阀门以及的进料阀门的开关度，实现进出酸达到平衡。
66.在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法采用一个具体实施方式所述的系统装置进行硫酸浓缩，所述的方法包括：
67.(ⅰ)原酸由第一平衡槽1流入第一加热装置2内加热后形成温度为250～300℃的硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置3内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气，其中，所述原酸的浓度为40～80％的稀硫酸；
68.(ⅱ)步骤(ⅰ)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置6内进行二次冷却，得到浓度为45～90％的第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
69.(ⅲ)将步骤(ⅱ)中的第一硫酸由第二平衡槽7的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置3进行预热，随后在第二加热装置8的加热下，产生第二水蒸气；
70.(ⅳ)步骤(ⅲ)中第二水蒸气进入排气管5，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量到第二出气口处的温度为300～350℃后，进行排料，得到浓度为90～98％的第二硫酸，并由第二排液口排出。
71.实施例1
72.本实施例提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法包括：
73.(1)将50％的稀硫酸由第一平衡槽1流入第一加热装置2内加热后形成温度为280℃的硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置3内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气；
74.(2)步骤(1)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置6内进行二次冷却，得到浓度为60％的第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
75.(3)将步骤(2)中的第一硫酸由第二平衡槽7的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置3进行预热，随后在第二加热装置8的加热下，产生第二水蒸气；
76.(4)步骤(3)中第二水蒸气进入排气管5，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量到第二出气口处的温度为330℃后，进行排料，得到浓度为98％的第二硫酸，并由第二排液口排出。
77.实施例2
78.本实施例提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法包括：
79.(1)将40％的稀硫酸由第一平衡槽1流入第一加热装置2内加热后形成温度为250℃的硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置3内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气；
80.(2)步骤(1)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置6内进行二次冷却，得到浓度为45％的第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
81.(3)将步骤(2)中的第一硫酸由第二平衡槽7的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置3进行预热，随后在第二加热装置8的加热下，产生第二水蒸气；
82.(4)步骤(3)中第二水蒸气进入排气管5，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量到第二出气口处的温度为310℃后，进行排料，得到浓度为98％的第二硫酸，并由第二排液口排出。
83.实施例3
84.本实施例提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法包括：
85.(1)将60％的稀硫酸由第一平衡槽1流入第一加热装置2内加热后形成温度为290℃的硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置3内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气；
86.(2)步骤(1)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置6内进行二次冷却，得到浓度为66％的第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
87.(3)将步骤(2)中的第一硫酸由第二平衡槽7的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置3进行预热，随后在第二加热装置8的加热下，产生第二水蒸气；
88.(4)步骤(3)中第二水蒸气进入排气管5，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量到第二出气口处的温度为320℃后，进行排料，得到浓度为96％的第二硫酸，并由第二排液口排出。
89.实施例4
90.本实施例提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法包括：
91.(1)将60％的稀硫酸由第一平衡槽1流入第一加热装置2内加热后形成温度为290℃的硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置3内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气；
92.(2)步骤(1)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置6内进行二次冷却，得到浓度为66％的第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
93.(3)将步骤(2)中的第一硫酸由第二平衡槽7的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置3进行预热，随后在第二加热装置8的加热下，产生第二水蒸气；
94.(4)步骤(3)中第二水蒸气进入排气管5，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量到第二出气口处的温度为320℃后，进行排料，得到浓度为96％的第二硫酸，并由第二排液口排出。
95.实施例5
96.本实施例提供了一种硫酸浓缩方法，所述的方法包括：
97.(1)将80％的稀硫酸由第一平衡槽1流入第一加热装置2内加热后形成温度为290℃的硫酸蒸汽，并由进气口流入第一冷凝装置3内进行一次冷却，形成硫酸溶液与第一水蒸气；
98.(2)步骤(1)中的硫酸溶液与第一水蒸气由第一溢流口流入第二冷凝装置6内进行二次冷却，得到浓度为85％的第一硫酸，并由第一排液口流出，第一水蒸气由第一出气口排出；
99.(3)将步骤(2)中的第一硫酸由第二平衡槽7的第二溢流口进入壳体内，经过第一冷凝装置3进行预热，随后在第二加热装置8的加热下，产生第二水蒸气；
100.(4)步骤(3)中第二水蒸气进入排气管5，并由第二出气口排出壳体，采用温度测量组件测量到第二出气口处的温度为340℃后，进行排料，得到浓度为98％的第二硫酸，并由第二排液口排出。
101.本发明提供的硫酸浓缩方法，方便快捷，且设备安全性能高，且维修方便，成本低，操作简单，具有较高的实用价值；处理范围广，操作简单，能够实现酸平衡，对环境无污染，经一次浓缩后的硫酸浓度提高了5～10％，在二次浓缩后得到的硫酸产品浓度能够达到90％以上，实现了硫酸的一步提浓。
102.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。