一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收循环系统
技术领域
本实用新型涉及一种二硫化碳的冷凝系统，尤其涉及一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收循环系统，属于粘胶纤维生产中二硫化碳冷凝回收技术领域。
背景技术
粘胶纤维是一种能与天然纤维和合成纤维相媲美的性能优异的再生纤维，在其生产过程中，主要包括：碱纤维素制造、黄化、制胶、纺丝、塑化拉伸、切断以及后处理精炼、烘干和打包，其中，在黄化工序时，需要加入二硫化碳与碱纤维素反应，生成可溶解在碱液中的黄原酸酯。黄化反应中，二硫化碳一部分被转化为硫化氢和单质硫，另一部分（65%以上）仍以二硫化碳形式存在而未参与反应，且这些未参与反应的二硫化碳少部分在纺丝浴中逸出，大部分被残留在丝束中，随之进入塑化浴。丝束中二硫化碳含量占二硫化碳加入量的50-60%，若将该部分二硫化碳外排，不仅浪费，而且还会污染环境，所以，在塑化拉伸过程中，将丝束中二硫化碳进行回收，对于提高经济效益和保护环境十分有利。
在实际的工业生产过程中，由于丝束在塑化浴时蒸发排出的主要包括二硫化碳与水蒸气的混合气体，故一般采用冷凝法回收二硫化碳。目前，所采用的冷凝设备还存在如下的技术问题：
1）二硫化碳气体冷凝不充分，排放尾气中二硫化碳气体含量仍高，造成二硫化碳浪费，同时污染环境；
2）二硫化碳气体经过冷凝设备换热时，冷凝介质（低温冷凝介质）耗量较高，环保压力较大；
3）在冷凝过程中，热能损失较大，造成热能资源浪费。
专利文献“一种粘胶纤维生产中二硫化碳的回收装置，CN103331078A”中，公开有：包括碱喷淋塔、吸收塔、换热器、解析塔、冷凝器和气液分离器，所述的喷淋塔连接吸收塔，吸收塔连接换热器，换热器连接解析塔，解析塔连接冷凝器，冷凝器连接气液分离器。在该专利文献中，先降温再升温最后再降温，能耗过高，成本过高；使用白油、NaOH等化工药剂处理，成本高，且NaOH与H2S会产生Na2S或NaHS等二次污染物；将二硫化碳气体冷凝至-10~5℃，冷能耗较高；同时，未涉及能量的回收及利用。
专利文献“一种粘胶纤维生产过程中采用双冷凝器回收二硫化碳的方法，CN101413155”中，公开：采用双冷凝器进行冷却回收碱纤维素黄化的二硫化碳，双冷凝器装在二浴槽上，二浴槽的长度道20-22米。年产10万吨粘胶纤维，一年可多回收2360吨二硫化碳，以现市场5000元/吨计算，可节约1180万元。在该专利文献中，采用两个冷凝器对二硫化碳进行冷凝回收，但其也未涉及有热能的回收，以及冷凝器中冷凝介质的回用。
发明内容
本实用新型旨在克服现有技术的不足，而提出了一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收循环系统。在本技术方案中，通过预冷装置、主冷装置、副冷装置以及与该各装置相匹配的冷凝介质等设置，一方面将粘胶纤维生产中二硫化碳气体最大程度的回收，另一方面将热能及冷凝介质等循环回用，节约资源，同时，解决现有技术中冷凝设备由于局部骤冷而导致二硫化碳气体冷凝成液体流入蒸汽冷凝水槽等问题，进而降低安全风险。
为了实现上述技术目的，提出如下的技术方案：
一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收循环系统，包括预冷装置、主冷装置及副冷装置，预冷装置下部设有进料口Ⅰ和冷凝介质进口Ⅰ，进料口Ⅰ连接有混合气体总管，冷凝介质进口Ⅰ连接有常温冷凝介质进管；预冷装置上部设有出料口Ⅰ和冷凝介质出口Ⅰ，出料口Ⅰ通过输送管与主冷装置连接；
主冷装置上部设有进料口Ⅱ和冷凝介质出口Ⅱ，进料口Ⅱ经输送管与所述出料口Ⅰ连接；主冷装置下部设有冷凝介质进口Ⅱ，冷凝介质进口Ⅱ通过循环管与凉水池连接，凉水池通过循环管与冷凝介质出口Ⅱ连接，主冷装置、循环管及凉水池之间形成主冷装置的冷凝介质循环通路；主冷装置与副冷装置之间通过法兰连接；
副冷装置上部设有冷凝介质出口Ⅲ，下部设有冷凝介质进口Ⅲ和出料口Ⅱ，冷凝介质进口Ⅲ连接有低温冷凝介质进管，低温冷凝介质进管连接有制冷装置，冷凝介质出口Ⅲ通过低温冷凝介质出管与制冷装置连接，制冷装置、低温冷凝介质进管、副冷装置及低温冷凝介质出管之间形成副冷装置的冷凝介质循环通路，充分利用低温冷凝介质，减少能源浪费，且经济、环保；出料口Ⅱ通过输送管连接有二硫化碳储罐。
优选的，所述进料口Ⅰ通过混合气体总管与粘胶纤维生产中的塑化槽连接。
优选的，所述冷凝介质出口Ⅰ通过常温冷凝介质出管与粘胶纤维生产中的纤维洗涤装置连接，将该处对二硫化碳气体预冷后的高温软水（90-95℃）进行回用，充分回收热能，减少热能浪费。
优选的，所述预冷装置下端连接有蒸汽冷凝水槽，蒸汽冷凝水槽与塑化槽连接。在预冷装置中，部分水蒸气被冷凝为水，水由于重力，被输送至蒸汽冷凝水槽中汇集，再回用于塑化槽，塑化槽、预冷装置及蒸汽冷凝水槽之间形成水蒸气冷凝再回用的循环通路。
优选的，所述凉水池连接有多个凉水塔。
优选的，所述主冷装置设置在副冷装置上方。
优选的，所述副冷装置连接有尾气回收装置，尾气回收装置将残余的少量二硫化碳气体（约0.2-0.3%）进行再次回收，进而友好环境。
优选的，所述常温冷凝介质进管中通有常温冷凝介质，循环管向冷凝介质进口Ⅱ通入25-35℃的冷凝介质；低温冷凝介质进管中通有5-7℃的冷凝介质。冷凝介质包括：软水、除盐水、氮气及惰性气体等。
预冷装置、主冷装置、副冷装置均为现有成熟技术中的冷凝器，包括壳体及设置在壳体内输送待冷凝物质（二硫化碳气体与水蒸气的混合体、二硫化碳气体）的列管和流通冷凝介质（常温冷凝介质、凉水池循环水以及制冷装置循环水）的夹套，冷凝介质填充于列管外侧，且列管为多根立式列管。
根据实际需求，在冷凝回收循环系统中设置阀门，便于对二硫化碳的冷凝回收循环工艺的控制，进而提高冷凝稳定性、效果和质量。
根据实际需求，在冷凝回收循环系统中设置温度计和压差计，便于实时关注冷凝（换热）过程，控制二硫化碳的回收工艺，以及能源梯度回收利用工序。
此外，出现的“常温”是指化工技术领域内通指的“常温”。
在本技术方案中，涉及的原理包括：
二硫化碳（沸点46.2℃）为危险化学品，其不溶于水，且密度比水大，所以水存在于液态二硫化碳的上层，故一般采用水密封来贮存二硫化碳，基于该原理，工厂通常也采用水压输送二硫化碳。
在本冷凝回收循环系统中，控制主冷装置及副冷装置均有液态水产生或存在，液态水同二硫化碳由主冷装置再进入副冷装置中；最后，液态水随二硫化碳进入二硫化碳储罐后是分层的（即上层是液态水，下层是二硫化碳），将水与二硫化碳分离，仅再向二硫化碳储罐中注入水（维持水压为0.2-0.3Mpa），就可通过压力将下层二硫化碳压排出。
采用本技术方案，带来的有益技术效果为：
1）在实用新型中，一方面将粘胶纤维生产中二硫化碳气体最大程度的回收，另一方面将热能及冷凝介质等循环回用，节约资源；
2）在本实用新型中，将自塑化槽中排出的高温二硫化碳混合气体输送至预冷装置中，先经预冷装置中的常温冷凝介质进行预处理，将部分水蒸气（20～25%）冷凝为液态水（后收集于蒸汽冷凝水槽中），将高温二硫化碳气体变为低温二硫化碳气体，该过程并不直接用低温冷凝介质冷凝，一方面为了保护冷凝设备，防止冷凝设备由于局部骤冷而出现二硫化碳气体冷凝成液体流入蒸汽冷凝水槽等问题，进而降低安全风险；另一方面，采用常温冷凝介质更为节约能源；
将经预冷装置进行预冷冷凝工序后的二硫化碳混合气体（含剩余的75～80%水蒸气）输送至主冷装置中，经主冷装置中的凉水池循环冷凝介质冷凝处理，并持续对二硫化碳气体进行降温，将部分低温二硫化碳气体冷凝为液态，将所剩水蒸气全部冷凝为液态水；
将剩余的再次降温二硫化碳气体、二硫化碳液体及液态水输送至副冷装置中，经副冷装置中的制冷装置循环冷凝介质处理，并持续对再次降温二硫化碳气体进行降温，将所剩二硫化碳气体全部冷凝为液态；最终，将二硫化碳液体和液态水输送至二硫化碳储罐中储或使用，其中，液态水对液态二硫化碳进行密封；
在上述冷凝处理过程中，不仅有效的将冷凝介质进行回收再利用，并适用于粘胶纤维的生产工艺（比如：冷凝介质出口Ⅰ通过常温冷凝介质出管与粘胶纤维生产中的纤维洗涤装置连接）；而且还涉及了将冷凝介质进行循环利用，这充分回收热能，减少热能浪费；
3）在本实用新型中，高温二硫化碳与水蒸气的混合气体通入至预冷装置中，其与常温冷凝介质接触，温差缩小，有效避免了预冷装置由于局部骤冷而导致二硫化碳冷凝成液体流入蒸汽冷凝水槽的问题，进而降低安全风险，并提高设备使用寿命；
4）在本实用新型中，基于本冷凝回收循环系统，对二硫化碳进行回收工艺，将二硫化碳回收率提高1.5-2%；采用凉水池循环冷凝介质对主冷装置进行冷凝，既节约用水，又有效减轻环保压力；同时，将预冷装置出水（90-95℃高温软水）回用于纤维洗涤，既回用了热能，又提升纤维洗涤效果。
附图说明
图1为本实用新型中逻辑工作流程图；
图2为本实用新型中冷凝器剖视图；
其中，图中：1、预冷装置，101、进料口Ⅰ，102、冷凝介质进口Ⅰ，103、出料口Ⅰ，104、冷凝介质出口Ⅰ，105、混合气体总管，106、常温冷凝介质进管，107、常温冷凝介质出管，2、主冷装置，201、进料口Ⅱ，202、冷凝介质出口Ⅱ，203、冷凝介质进口Ⅱ，204、循环管，3、副冷装置，301、冷凝介质出口Ⅲ，302、冷凝介质进口Ⅲ，303、出料口Ⅱ，304、低温冷凝介质进管，305、低温冷凝介质出管，4、输送管，5、塑化槽，6、纤维洗涤装置，7、凉水池，8、凉水塔，9、制冷装置，10、蒸汽冷凝水槽，11、尾气回收装置，12、阀门，13、温度计，14、压差计，15、壳体，16、列管，17、夹套，18、二硫化碳储罐。
具体实施方式
下面通过对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1所示：一种粘胶纤维生产中二硫化碳的冷凝回收循环系统，包括预冷装置1、主冷装置2及副冷装置3，预冷装置1下部设有进料口Ⅰ101和冷凝介质进口Ⅰ102，进料口Ⅰ101连接有混合气体总管105，冷凝介质进口Ⅰ102连接有常温冷凝介质进管106；预冷装置1上部设有出料口Ⅰ103和冷凝介质出口Ⅰ104，出料口Ⅰ103通过输送管4与主冷装置2连接；
主冷装置2上部设有进料口Ⅱ201和冷凝介质出口Ⅱ202，进料口Ⅱ201经输送管4与所述出料口Ⅰ103连接；主冷装置2下部设有冷凝介质进口Ⅱ203，冷凝介质进口Ⅱ203通过循环管204与凉水池7连接，凉水池7通过循环管204与冷凝介质出口Ⅱ202连接，主冷装置2、循环管204及凉水池7之间形成主冷装置2的冷凝介质循环通路；主冷装置2与副冷装置3之间通过法兰连接；
副冷装置3上部设有冷凝介质出口Ⅲ301，下部设有冷凝介质进口Ⅲ302和出料口Ⅱ303，冷凝介质进口Ⅲ302连接有低温冷凝介质进管304，低温冷凝介质进管304连接有制冷装置9，冷凝介质出口Ⅲ301通过低温冷凝介质出管305与制冷装置9连接，制冷装置9、低温冷凝介质进管304、副冷装置3及低温冷凝介质出管305之间形成副冷装置3的的冷凝介质循环通路，充分利用低温冷凝介质，减少能源浪费，且经济、环保；出料口Ⅱ303通过输送管4连接有二硫化碳储罐18。
实施例2
在实施例1的基础上，更进一步的，
关于预冷装置1，进料口Ⅰ101通过混合气体总管105与粘胶纤维生产中的塑化槽5连接；冷凝介质出口Ⅰ104通过常温冷凝介质出管107与粘胶纤维生产中的纤维洗涤装置6连接，将该处对二硫化碳气体预冷后的高温冷凝介质（90-95℃）进行回用，充分回收热能，减少热能浪费。
且预冷装置1下端连接有蒸汽冷凝水槽10，蒸汽冷凝水槽10与塑化槽5连接。在预冷装置1中，部分水蒸气被冷凝为水，水由于重力，被输送至蒸汽冷凝水槽10中汇集，再回用于塑化槽5，塑化槽5、预冷装置1及蒸汽冷凝水槽10之间形成水蒸气冷凝再回用的循环通路。
实施例3
在实施例2的基础上，更进一步的，
在主冷装置2的冷凝介质循环通路中，凉水池7连接有多个凉水塔8，主冷装置2设置在副冷装置3上方。其中，凉水池7及凉水塔8对循环通路中的冷凝介质进行冷凝处理，以供主冷装置2中冷凝工序的顺利、稳定进行。
实施例4
在实施例3的基础上，更进一步的，
关于副冷装置3，副冷装置3连接有尾气回收装置11，尾气回收装置11将残余的少量二硫化碳气体（约0.2-0.3%）进行再次回收，进而友好环境。
实施例5
在实施例4的基础上，更进一步的，
关于冷凝介质，常温冷凝介质进管106中通有常温冷凝介质，循环管204向冷凝介质进口Ⅱ203通入25-35℃的冷凝介质；低温冷凝介质进管304中通有5-7℃的冷凝介质。
冷凝介质为：软水、除盐水、氮气或惰性气体等。
实施例6
向本冷凝回收循环系统中通入二硫化碳混合气体（二硫化碳与水蒸气的混合气体，温度>100℃），进行二硫化碳的冷凝回收，以对本技术方案作进一步说明。
如图1所示：将粘胶纤维生产中的塑化槽5内二硫化碳混合气体，经混合气体总管105通入至预冷装置1，在预冷装置1中，通过预冷装置1下部进入的常温软水作用，20-25%的水蒸气被冷凝为水，最终由于重力，被输送至蒸汽冷凝水槽10中汇集，再回用于塑化槽5；剩余的75-80%的水蒸气与降温后的二硫化碳气体（90-95℃）的混合气体经输送管4被输送至主冷装置2；此外，自预冷装置1上部排出的软水（90-95℃）从冷凝介质出口Ⅰ104、常温冷凝介质出管107，最终被输送至纤维洗涤装置6中，回用于后序工艺中的纤维洗涤。
在主冷装置2中，通过主冷装置2下部进入的凉水池7循环水（比如25-35℃的工业用水，节约成本）作用，剩余的75-80%的水蒸气全部被冷凝为水，与再次降温后的二硫化碳气体（50-60℃）一并经输送管4被输送至副冷装置3；此外，自主冷装置2上部排出的凉水池7循环水（45-50℃）从冷凝介质出口Ⅱ202、循环管204，最终被输送至凉水池7，再经泵送至凉水塔8喷淋、风冷，最后再送输并循环回用于主冷装置2。
在副冷装置3中，通过副冷装置3下部进入的制冷装置9循环水（比如5-7℃的除盐水，避免制冷装置9结垢）作用，二硫化碳气体（沸点46.5℃）全部被冷凝为液体（15-20℃），最终将水与二硫化碳液体通过输送管4输送至二硫化碳储罐18中。此外，自副冷装置3上部排出的制冷装置9循环水（15-20℃）从冷凝介质进口Ⅲ302、低温冷凝介质出管305，最终被输送至制冷装置9，再经制冷装置9降温、制冷，最后再送输并循环回用于副冷装置3。
所涉及的预冷装置1、主冷装置2、副冷装置3均为现有成熟技术中的冷凝器（如图2所示），包括壳体15及设置在壳体15内输送待冷凝物质（二硫化碳气体与水蒸气的混合体、二硫化碳气体）的列管16和流通冷凝介质（常温冷凝介质、凉水池7循环水以及制冷装置9循环水）的夹套17，冷凝介质填充于列管16外侧，且列管16为多根立式列管16。
根据实际需求，在冷凝回收循环系统中设置阀门12，便于对二硫化碳的冷凝回收循环工艺的控制，进而提高冷凝稳定性、效果和质量。
根据实际需求，在冷凝回收循环系统中设置温度计13和压差计14，便于实时关注冷凝（换热）过程，控制二硫化碳的回收工艺，以及能源梯度回收利用工序。
此外，出现的“常温”是指化工技术领域内通指的“常温”。
二硫化碳气体沸点46.2℃，而在副冷装置中，将液态水与二硫化碳液体温度控制为15-20℃，一方面便于控制冷凝工艺，并提高安全性；另一方面，提高二硫化碳回收量，以及减少尾气中二硫化碳含量，友好环境。
