一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及铝灰技术领域，具体为一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺。

背景技术

铝灰中金属铝含量的不同可分为一次铝灰和二次铝灰，从熔炼炉内扒出的铝渣称为一次铝灰，外观上呈现灰白色，主要是由金属铝和铝氧化物组成的混合物,铝含量可达15％～70％,也称之为“白铝灰”；二次铝灰是一次铝灰提取金属铝后的废弃物，主要成分为氧化铝、氮化铝、金属铝、盐类以及其它组分,因其固结成块状,也称之为“盐饼”。铝灰成分因产生环节及工艺的不同，具有较明显的差异,主要物相为氧化铝、金属铝、镁铝尖晶石、方镁石、石英、氮化铝、碳化铝及盐溶剂等物质。铝灰在堆存过程中受雨淋或潮湿环境影响,会释放出氨气、氢气、硫化氢等废气,也会造成重金属和氟化物溶出，不仅污染环境，也会带来安全隐患。

铝灰在加工过程中，会存在氨水处理过程，这个过程中需要将含有氨气的溶液内部两种化学物质进行提取，提取期间需要对溶液进行冷却，以便于结晶析出，结晶在析出期间，没有附着点，容易在溶液内部四处游离，不便于收集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺，包括加工装置组，所述反应结晶器与离心机相连接，所述离心机与一级冷冻结晶器相连接，所述一级冷冻结晶器与蒸氨塔相连接，所述蒸氨塔与二级冷冻结晶器相连接，所述二级冷冻结晶器与硫酸铵蒸发装置相连接，所述硫酸铵蒸发装置与硫酸铵震动流化床相连接，所述蒸氨塔与回收罐相连接，所述回收罐与反应结晶器相连接，所述二级冷冻结晶器与一级冷冻结晶器相连接，所述一级冷冻结晶器与反应结晶器相连接。

进一步的，所述一级冷冻结晶器和二级冷冻结晶器组成冷冻结晶组，所述一级冷冻结晶器和二级冷冻结晶器为同种结构，所述一级冷冻结晶器包括外壳、支架、内筒和电动机，所述外壳的内部活动连接有内筒，所述外壳的上端固定连接有电动机，所述电动机通过主轴与内筒之间活动连接，所述外壳的上方设置有添料管，所述内筒的内部设置有过滤组件，所述过滤组件用于限制结晶运动以及收集结晶，所述过滤组件与控制组件之间活动连接，所述控制组件起到控制过滤组件运动的作用，所述外壳的外壁固定连接有阀门，所述外壳通过动力轴与支架之间活动连接。

进一步的，所述过滤组件包括安装在内筒中的纵丝网，所述纵丝网的一侧通过转轴与横丝网活动连接，所述横丝网通过滑块与内筒之间活动连接，所述内筒的内壁开设有供滑块滑动的滑槽。

进一步的，所述内筒的内壁开设有多段滑槽，所述内筒通过连接架与外壳活动连接，所述内筒的内部上方设置有环型突出结构。

进一步的，所述控制组件包括安装在内筒的下端有滑板，所述滑板的上方固定有两个限制板，所述限制板之间的直线距离大于横丝网的宽度，所述滑板通过连杆与主轴之间活动连接，所述内筒的外壁固定连接有叶板，所述叶板的内部固定连接有半导体制冷板。

进一步的，所述主轴的下端设置有转盘，所述转盘的下端固定连接有立柱，所述立柱的外壁与连杆之间固定连接，所述主轴的内部设置有传动轴，所述传动轴与主轴之间套接连接。

进一步的，所述外壳上方设置有斜板，所述斜板的中部高度大小高于四周的高度大小，所述外壳的外壁设置有伸缩杆，所述外壳上方端盖通过伸缩杆与外壳之间构成开合结构。

进一步的，所述添料管通过连接轴与盖板之间活动连接。

一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理工艺，氨水处理工艺包括以下步骤：

(1)将二氧化碳通入氨水中，反应形成碳酸氢铵溶液，将碳酸氢铵溶液转移至反应结晶器中，加入硫酸钠和一级冷冻结晶器中返回的一级冻盐，反应结束后放入离心机中离心，分离得碳酸氢钠和反应母液；

(2)取步骤(1)得到的碳酸氢钠，再移入蒸汽煅烧炉煅烧，得到产品碳酸钠；

(3)取步骤(1)得到的反应母液，将反应母液通入一级冷冻结晶器中，与二级冷冻结晶器中返回的二级冻盐混合，冷冻结晶，固液分离，得到一级冻盐和一级冷冻母液；

(4)取步骤(3)中得到的一级冻盐，移入反应结晶器中继续反应；取步骤(3)中一级冷冻母液移入蒸氨塔，得到二氧化碳、氨气和蒸氨母液；

取二氧化碳和氨气气体回收至回收罐，将回收罐通入反应结晶器中继续反应；取硫酸加入蒸氨母液酸化；

(5)取步骤(4)中酸化溶液移入二级冷冻结晶器中，在冷冻结晶，固液分离，得到二级冷冻母液和二级冻盐；将二级冻盐移入一级冷冻结晶器中继续结晶；

(6)取步骤(5)中二级冷冻母液，移入硫酸铵蒸发装置，蒸发浓缩，过滤分离，得到晶体硫酸铵；将晶体硫酸铵移入硫酸铵震动流化床，干燥得到产品硫酸铵。

进一步的，步骤(1)中所述反应结晶器的反应参数为：38～40℃下反应1.5-2h，反应压力为0.12～0.15Mpa；加入的硫酸钠为固体。

步骤(4)中，蒸氨塔的工艺参数为：90～100℃温度下、0.12～0.15Mpa下蒸馏1-2h。

步骤(6)中，硫酸铵震动流化床的工艺参数为:进风温度130～140℃、出风温度70～80℃，干燥1-2h。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、该具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺，通过外壳和内筒的设置，外壳和内筒之间设置有空腔，内筒的外壁设置有半导体制冷板，内筒的内壁是导热层，外壳和内筒的外壁是保温层，半导体制冷板制冷的一侧与内筒的外壁相连接，半导体制冷板导热的一侧与叶板相连接，半导体制冷板产生的热量积存在叶板上，叶板位于外壳和内筒之间的空腔中，纯净水通过装置外壁的输入阀门进入空腔中，经过叶板过程中，纯净水携带热量进入外壳中与过滤之后的母液进行混合，同时内筒在电动机以及装置内部其它结构的带动下旋转，内筒外侧的叶板同步旋转，带动空腔内部的母液和加热之后的纯净水进行混合，将母液进行稀释和加热，以便于后期通入蒸氨塔中，减少蒸氨塔加热母液所需的时间，避免母液内部残存的化学物质在蒸发过程中析出，影响蒸氨塔清理周期长度和母液中化学物质析出的产量；

2、该具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺，通过过滤组件的设置，过滤组件的设置，内筒内部提供有纵丝网和横丝网，此时纵丝网和横丝网之间相互贴合，为正在结晶的化学物质提供附着点，纵丝网和横丝网跟随同步运动，运动状态下纵丝网和横丝网捕捉母液内部游离状态的结晶体，该结构主要作用在于，通过内部零件之间的相互配合，将装置内壁冷却凝聚的结晶进行收集，降低母液浓度，以便于后期对结晶体进行加工；

3、该具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺，通过控制组件的设置，电动机控制主轴小角度反转，主轴通过转盘带动连杆进行运动，转盘的下端设置有立柱与连杆进行连接，带动滑板在内筒的下端滑动，此时内筒内部的母液即可通过内筒和滑板之间的间隙离开，电动机带动主轴旋转一个大角度，滑板在运动期间，滑板与横丝网靠近的一侧设置有限制板，限制板会带动纵丝网和横丝网之间相互分离，连接在纵丝网和横丝网外壁的结晶物在分离后的纵丝网和横丝网作用之下开始掉落，结晶物沿着内筒的内壁滑动，同时装置外侧的伸缩杆启动，控制外壳一侧端盖与外壳之间分离，结晶物会沿着端盖一侧的斜板离开装置，该结构主要作用在于，通过内部零件之间的相互配合，使得电动机通过主轴带动控制组件进行运动，滑板有三种开合状态，其一为滑板与内筒之间密闭，隔断内筒内外空间之间的连接，其二滑板与内筒之间分开，连通内筒内外空间，其三滑板与内筒之间分开之后带动纵丝网和横丝网之间分离，解除结晶的附着点，便于结晶脱离，同时主轴通过控制组件连接内筒，带动内筒进行旋转。

4、本方案涉及的化学反应如下：

2NH

NH

2NaHCO

方案通过工艺流程的设置，将CO

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的加工流程示意图；

图2是本发明的外壳的左侧视全剖结构示意图；

图3是本发明的内筒主视全剖结构示意图；

图4是本发明的冷冻结晶器主视结构示意图；

图5是本发明的内筒底侧视全剖结构示意图；

图6是本发明的内筒俯视全剖结构示意图；

图7是本发明的纵丝网和横丝网展开结构示意图；

图8是本发明的主轴俯视全剖结构示意图。

图中：1、外壳；101、斜板；102、伸缩杆；103、端盖；2、内筒；3、电动机；4、主轴；401、转盘；402、传动轴；5、加工装置组；501、反应结晶器；502、离心机；503、蒸氨塔；504、硫酸铵蒸发装置；505、硫酸铵震动流化床；506、回收罐；6、添料管；601、盖板；7、过滤组件；701、纵丝网；702、横丝网；703、滑块；8、控制组件；801、滑板；802、限制板；803、叶板；804、半导体制冷板；805、连杆；9、冷冻结晶组；901、一级冷冻结晶器；902、二级冷冻结晶器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图8，本发明提供技术方案：一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理系统及工艺，包括加工装置组5，反应结晶器501与离心机502相连接，离心机502与一级冷冻结晶器901相连接，一级冷冻结晶器901与蒸氨塔503相连接，蒸氨塔503与二级冷冻结晶器902相连接，二级冷冻结晶器902与硫酸铵蒸发装置504相连接，硫酸铵蒸发装置504与硫酸铵震动流化床505相连接，蒸氨塔503与回收罐506相连接，回收罐506与反应结晶器501相连接，二级冷冻结晶器902与一级冷冻结晶器901相连接，一级冷冻结晶器901与反应结晶器501相连接；

一级冷冻结晶器901和二级冷冻结晶器902组成冷冻结晶组9，一级冷冻结晶器901和二级冷冻结晶器902为同种结构，一级冷冻结晶器901包括外壳1、支架、内筒2和电动机3，外壳1的内部活动连接有内筒2，外壳1的上端固定连接有电动机3，电动机3通过主轴4与内筒2之间活动连接，外壳1的上方设置有添料管6，内筒2的内部设置有过滤组件7，过滤组件7用于限制结晶运动以及收集结晶，过滤组件7与控制组件8之间活动连接，控制组件8起到控制过滤组件7运动的作用，外壳1的外壁固定连接有阀门，外壳1通过动力轴与支架之间活动连接，外壳1和内筒2的设置，外壳1和内筒2之间设置有空腔，内筒2的外壁设置有半导体制冷板804，内筒2的内壁是导热层，外壳1和内筒2的外壁是保温层，半导体制冷板804制冷的一侧与内筒2的外壁相连接，半导体制冷板804导热的一侧与叶板803相连接，半导体制冷板804产生的热量积存在叶板803上，叶板803位于外壳1和内筒2之间的空腔中，纯净水通过装置外壁的输入阀门进入空腔中，经过叶板803过程中，纯净水携带热量进入外壳1中与过滤之后的母液进行混合，同时内筒2在电动机3以及装置内部其它结构的带动下旋转，内筒2外侧的叶板803同步旋转，带动空腔内部的母液和加热之后的纯净水进行混合，将母液进行稀释和加热，以便于后期通入蒸氨塔503中，减少蒸氨塔503加热母液所需的时间，避免母液内部残存的化学物质在蒸发过程中析出，影响蒸氨塔503清理周期长度和母液中化学物质析出的产量；

过滤组件7包括安装在内筒2中的纵丝网701，纵丝网701的一侧通过转轴与横丝网702活动连接，横丝网702通过滑块703与内筒2之间活动连接，内筒2的内壁开设有供滑块703滑动的滑槽；

内筒2的内壁开设有多段滑槽，内筒2通过连接架与外壳1活动连接，内筒2的内部上方设置有环型突出结构，过滤组件7的设置，过滤组件7的设置，内筒2内部提供有纵丝网701和横丝网702，此时纵丝网701和横丝网702之间相互贴合，为正在结晶的化学物质提供附着点，纵丝网701和横丝网702跟随同步运动，运动状态下纵丝网701和横丝网702捕捉母液内部游离状态的结晶体，该结构主要作用在于，通过内部零件之间的相互配合，将装置内壁冷却凝聚的结晶进行收集，降低母液浓度，以便于后期对结晶体进行加工；

控制组件8包括安装在内筒2的下端有滑板801，滑板801的上方固定有两个限制板802，限制板802之间的直线距离大于横丝网702的宽度，滑板801通过连杆805与主轴4之间活动连接，内筒2的外壁固定连接有叶板803，叶板803的内部固定连接有半导体制冷板804，控制组件8的设置，电动机3控制主轴4小角度反转，主轴4通过转盘401带动连杆805进行运动，转盘401的下端设置有立柱与连杆805进行连接，带动滑板801在内筒2的下端滑动，此时内筒2内部的母液即可通过内筒2和滑板801之间的间隙离开，电动机3带动主轴4旋转一个大角度，滑板801在运动期间，滑板801与横丝网702靠近的一侧设置有限制板802，限制板802会带动纵丝网701和横丝网702之间相互分离，连接在纵丝网701和横丝网702外壁的结晶物在分离后的纵丝网701和横丝网702作用之下开始掉落，结晶物沿着内筒2的内壁滑动，同时装置外侧的伸缩杆102启动，控制外壳1一侧端盖103与外壳1之间分离，结晶物会沿着端盖103一侧的斜板101离开装置，该结构主要作用在于，通过内部零件之间的相互配合，使得电动机3通过主轴4带动控制组件8进行运动，滑板801有三种开合状态，其一为滑板801与内筒2之间密闭，隔断内筒2内外空间之间的连接，其二滑板801与内筒2之间分开，连通内筒2内外空间，其三滑板801与内筒2之间分开之后带动纵丝网701和横丝网702之间分离，解除结晶的附着点，便于结晶脱离，同时主轴4通过控制组件8连接内筒2，带动内筒2进行旋转；

主轴4的下端设置有转盘401，转盘401的下端固定连接有立柱，立柱的外壁与连杆805之间固定连接，主轴4的内部设置有传动轴402，传动轴402与主轴4之间套接连接；

外壳1上方设置有斜板101，斜板101的中部高度大小高于四周的高度大小，外壳1的外壁设置有伸缩杆102，外壳1上方端盖103通过伸缩杆102与外壳1之间构成开合结构；

添料管6通过连接轴与盖板601之间活动连接，添料管6的下端通过转轴与盖板601活动连接，盖板601在重力的作用之下，自动偏转，添料管6下端由封闭状态变为连通状态，添料管6和盖板601之间的转轴与外壳1的外侧的动力轴之间在空间内相互平行，外壳1在偏转期间，使得盖板601会跟随外壳1偏转而同步运动，外壳1在倒转之后，盖板601在重力的作用之下，将添料管6进行封闭，隔断添料管6两侧的空间。

本发明的工作原理：将CO

装置左右两侧的阀门分别连接纯净水输入管道和输出管道，装置上端的添料管6连接母液输入管道，随后装置即可进行使用；

使用之前将需要进行析出的母液通过母液输入管道运输至一级冷冻结晶器901或者二级冷冻结晶器902内部，运输完成之后，母液进入内筒2所在的空间中，同时纯净水通过纯净水输入管道输入至外壳1和内筒2之间的空腔中，水平面高度高于叶板803即止；

半导体制冷板804启动，装置上端的电动机3启动，电动机3控制主轴4旋转带动内筒2进行运动，主轴4与内筒2之间活动连接；

外壳1和内筒2之间设置有空腔，内筒2的外壁设置有半导体制冷板804，内筒2的内壁是导热层，外壳1和内筒2的外壁是保温层，半导体制冷板804制冷的一侧与内筒2的外壁相连接；

装置内部母液在半导体制冷板804的作用下，母液温度降低，母液内部的化学物质在低温状态下凝聚结晶，同时内筒2内部提供有纵丝网701和横丝网702，此时纵丝网701和横丝网702之间相互贴合，为正在结晶的化学物质提供附着点，同时内筒2运动，内筒2内部的纵丝网701和横丝网702跟随同步运动，运动状态下纵丝网701和横丝网702捕捉母液内部游离状态的结晶体；

半导体制冷板804导热的一侧与叶板803相连接，半导体制冷板804产生的热量积存在叶板803上，叶板803位于外壳1和内筒2之间的空腔中，空腔中存在纯净水，内筒2在旋转的同时，通过外壁的叶板803带动空腔中的纯净水进行运动，同时半导体制冷板804位于叶板803内部，半导体制冷板804为外壳1和内筒2之间的纯净水进行预热；

母液中的化学物质在析出之后，等待内筒2与主轴4之间静止，将空腔中的纯净水通过外壳1外壁的输出管道运输离开，随后电动机3控制主轴4小角度反转，主轴4通过转盘401带动连杆805进行运动，转盘401的下端设置有立柱与连杆805进行连接，带动滑板801在内筒2的下端滑动，此时内筒2内部的母液即可通过内筒2和滑板801之间的间隙离开，进入空腔内部，然后通过装置上端的母液输入管道再次向内筒2的内部添加适量的母液，最后装置持续上述所述步骤，直至装置组加工完成；

内筒2的下端设置有底板，横丝网702通过转轴与滑块703与内筒2的内壁之前滑动连接，横丝网702的下端两侧设置有限制板802，主轴4在旋转时通过转盘401、连杆805带动滑板801进行运动，限制板802固定在滑板801的上方，位于横丝网702两侧的限制板802之间的直线距离大于横丝网702的宽度，主轴4在进行反向旋转时，小角度偏转即偏转角度小于两个限制板802与主轴4之间形成的夹角，大角度偏转即偏转角度大于两个限制板802与主轴4之间形成的夹角，但是偏转角度均小于滑板801的偏转角度，滑板801相对于内筒2底板以主轴4为圆心可以形成角度偏转，当主轴4的旋转角度大于滑板801的可偏转角度时，主轴4即可通过滑板801带动内筒2进行运动，其次滑板801与底板相贴合的一侧均设置有密封条，且密封条之间相互啮合形成密封结构。

外壳1与支架之间通过动力轴进行连接，其中动力轴为控制电机的输出轴，加工完成之后，内筒2中的纵丝网701和横丝网702所捕捉的结晶需要进行释放，控制电机运动，带动外壳1倒转，原本位于外壳1上方的端盖101此时位于外壳1的下方；

添料管6的下端通过转轴与盖板601活动连接，盖板601在重力的作用之下，自动偏转，添料管6下端由封闭状态变为连通状态，添料管6和盖板601之间的转轴与外壳1的外侧的动力轴之间在空间内相互平行，外壳1在偏转期间，使得盖板601会跟随外壳1偏转而同步运动，外壳1在倒转之后，盖板601在重力的作用之下，将添料管6进行封闭，隔断添料管6两侧的空间；

同时电动机3带动主轴4旋转一个大角度，滑板801在运动期间，滑板801与横丝网702靠近的一侧设置有限制板802，限制板802会带动纵丝网701和横丝网702之间相互分离，连接在纵丝网701和横丝网702外壁的结晶物在分离后的纵丝网701和横丝网702作用之下开始掉落，结晶物沿着内筒2的内壁滑动，同时装置外侧的伸缩杆102启动，控制外壳1一侧端盖103与外壳1之间分离，结晶物会沿着端盖103一侧的斜板101离开装置；

其中主轴4与传动轴402之间通过套接连接，两者之间通过啮合齿进行传动，两者之间可以形成纵向分离，伸缩杆102带动盖板101在与外壳1进行分离期间，盖板101与内筒2之间的距离增大，主轴4与传动轴402之间同步纵向分离。

实施例：

一种具有双级冷冻结晶功能的氨水处理工艺，氨水处理工艺包括以下步骤：

(1)将工业企业烟气中捕集的二氧化碳通入氨水中，反应形成碳酸氢铵溶液，将碳酸氢铵溶液转移至反应结晶器中，38℃、0.12Mpa下反应1.5h，加入固体硫酸钠和一级冷冻结晶器902中返回的一级冻盐，反应结束后放入离心机502中离心，分离得碳酸氢钠和反应母液；

(2)取步骤(1)得到的碳酸氢钠，再移入蒸汽煅烧炉煅烧，270℃下煅烧，得到产品碳酸钠；

(3)取步骤(1)得到的反应母液，将反应母液通入一级冷冻结晶器901中，与二级冷冻结晶器902中返回的二级冻盐混合，0℃时冷冻结晶，固液分离，得到一级冻盐和一级冷冻母液；

(4)取步骤(3)中得到的一级冻盐，移入反应结晶器501中继续反应；取步骤(3)中一级冷冻母液移入蒸氨塔503，90℃、0.12Mpa下蒸馏1.5h，得到二氧化碳、氨气和蒸氨母液；

取二氧化碳和氨气气体回收至回收罐506，将回收罐506通入反应结晶器501中继续反应；取蒸氨母液加入硫酸调节pH至4～7，得到酸化溶液；

(5)取步骤(4)中酸化溶液移入二级冷冻结晶器902中，在0℃时冷冻结晶，固液分离，得到二级冷冻母液和二级冻盐；

将二级冻盐移入一级冷冻结晶器901中继续结晶；

(6)取步骤(5)中二级冷冻母液，移入硫酸铵蒸发装置504，在100～110℃下蒸发浓缩，过滤分离，得到晶体硫酸铵；将晶体硫酸铵移入硫酸铵震动流化床505，进风温度130℃、出风温度70℃干燥1.5h，得到产品硫酸铵。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。