Bromine, một yếu tố hóa học đa năng và có giá trị cao, là một nguyên liệu thô quan trọng cho một loạt các ngành công nghiệp. Từ chất chống cháy và dược phẩm đến hóa chất nông nghiệp, chất lỏng khoan dầu khí và giải pháp xử lý nước, các ứng dụng của nó không thể thiếu đối với cuộc sống hiện đại. Việc khai thác brom từ các nguồn tự nhiên chính của nó, các mặt nước của mặt trời và nước biển là một quá trình công nghiệp phức tạp dựa vào công nghệ tinh vi. Tại trung tâm của các cơ sở sản xuất brom hiện đại, quy mô lớn là một bộ máy then chốt: tháp khai thác brom φ9,5 m. Giới thiệu này đi sâu vào thiết kế, chức năng và ý nghĩa của thiết bị quy mô lớn cụ thể này.

1. Các nguyên tắc cơ bản của khai thác brom: Phương pháp chưng cất hơi nước

Trước khi hiểu chính tòa tháp, người ta phải nắm bắt quá trình hóa học cơ bản mà nó tạo điều kiện. Phương pháp phổ biến nhất để chiết xuất brom là quá trình chưng cất hơi nước, thường dựa trên hóa học phản ứng trong đó nước muối giàu bromide được axit hóa và oxy hóa. Các bước chính là:

  Axit hóa: nước muối nguồn, chứa các ion bromide (BR⁻), đầu tiên được axit hóa, thường là bằng axit sunfuric (H₂so₄) hoặc clo (Cl₂), thủy phân để tạo thành axit hypochlious. Điều này tạo ra một môi trường axit cần thiết cho phản ứng tiếp theo.
  Quá trình oxy hóa: khí clo (Cl₂) được đưa vào nước muối axit hóa. Clo, là một chất oxy hóa mạnh hơn brom, thay thế các ion bromide, chuyển chúng thành brom nguyên tố (BR₂).
      Phản ứng hóa học: 2BR⁻ + CL₂ → BR₂ + 2CL⁻
  Giải phóng: Phản ứng này dẫn đến các phân tử brom nguyên tố có mặt trong dung dịch nước. Tuy nhiên, brom có ​​độ hòa tan tương đối thấp trong nước và bước quan trọng tiếp theo là tách nó ra khỏi hỗn hợp nước muối.

Đây là nơi tháp khai thác brom ra đời. Tháp được thiết kế để tước brom được giải phóng một cách hiệu quả khỏi dung dịch nước muối bằng hơi nước.

2. Giải phẫu và chức năng của Tháp chiết brom φ9,5 m

Chỉ định "9,5 m" là một đặc điểm kỹ thuật cho thấy đường kính lớn của tháp là 9,5 mét. Đường kính lớn này là một sự phản ánh trực tiếp về mục đích dự định của nó: xử lý khối lượng nước muối cực kỳ cao để đạt được quy mô kinh tế trong sản xuất.

Một tháp khai thác tiêu chuẩn là một cột cao, hình trụ, thường được xây dựng từ các vật liệu chuyên dụng như thép carbon lót cao su hoặc nhựa được gia cố bằng sợi thủy tinh (FRP) để chống lại tính chất ăn mòn cao của nước muối nóng, axit và hơi nước ướt. Trong nội bộ, tòa tháp được cấu trúc để tối đa hóa sự tiếp xúc giữa ba giai đoạn chính: nước muối lỏng, hơi nước tước và broms khí.

Các thành phần nội bộ chính bao gồm:

  Vật liệu đóng gói: Tháp chứa đầy vật liệu đóng gói có cấu trúc hoặc ngẫu nhiên. Việc đóng gói này tạo ra một diện tích bề mặt rộng lớn trong cột, buộc nước muối lỏng lan thành các màng mỏng trên các bề mặt đóng gói khi nó di chuyển xuống dưới. Điều này làm tăng đáng kể hiệu quả chuyển nhượng hàng loạt.
  Các nhà phân phối chất lỏng: Ở đầu tháp, các nhà phân phối chuyên dụng đảm bảo nước muối đến được trải đều trên toàn bộ khu vực cắt ngang của bao bì. Phân phối đồng đều là rất quan trọng để ngăn chặn "kênh", trong đó nước muối chảy không đều, giảm hiệu quả tiếp xúc.
  Đầu vào hơi nước: Gần dưới cùng của tòa tháp, hơi nước sống được tiêm. Khi hơi nước này tăng lên qua cột, nó làm nóng nước muối đến gần điểm sôi của nó.
  Quá trình tước: Khi nước muối nóng chảy xuống trên bao bì, hơi nước tăng cung cấp hai chức năng:
   1. Nhiệt: Nhiệt làm giảm độ hòa tan của brom trong nước muối.
   2. Cân bằng hơi-lỏng: hơi nước hoạt động như một khí mang, tạo ra một chênh lệch áp suất một phần giúp điều khiển các phân tử brom dễ bay hơi để giải phóng từ pha nước muối lỏng vào pha hơi.
  Đầu ra hơi Brom-Steam: Ở đầu tháp, hỗn hợp hơi giàu brom hiện nay (hơi nước + brom) thoát ra. Hơi này sau đó được hướng đến một loạt các thiết bị ngưng tụ.
  Đầu ra nước muối đã cạn kiệt: Nước muối bị tước, hiện đã cạn kiệt đáng kể hàm lượng brom của nó, thoát ra khỏi đáy tháp để xử lý, trung hòa và xử lý hoặc từ bỏ.

3. Tầm quan trọng của đường kính 9,5 mét

Quy mô của thiết bị này không tùy ý; Đó là một dấu ấn của sản xuất nâng cao, công suất cao. Đường kính 9,5 mét biểu thị một tòa tháp được thiết kế cho thông lượng thực sự hoành tráng.

  Khả năng thể tích cao: diện tích mặt cắt ngang của một cột cột với bình phương bán kính của nó (a = πr²). Một tòa tháp đường kính 9,5m có diện tích bên trong hơn 70 mét vuông. Điều này cho phép xử lý dòng nước muối có thể vượt quá hàng ngàn mét khối mỗi giờ.
  Hiệu quả sản xuất: Bằng cách tập trung một khối lượng sản xuất lớn như vậy vào một đơn vị, các nhà khai thác được hưởng lợi từ hiệu quả đáng kể. Nó làm giảm số lượng đơn vị riêng lẻ cần thiết, đơn giản hóa bố cục tổng thể của nhà máy, giảm thiểu chi phí đường ống và kỹ thuật dân dụng, và tập trung các hoạt động kiểm soát và bảo trì.
  Tính ổn định của quy trình: Thiết bị quy mô lớn thường cung cấp kiểm soát quy trình ổn định hơn. Khối lượng lớn trong tháp có thể hoạt động như một bộ đệm chống lại sự dao động nhỏ trong dòng thức ăn hoặc thành phần, dẫn đến đầu ra brom phù hợp và đáng tin cậy hơn và chất lượng sản phẩm cao hơn.

4. Khoa học vật chất và khả năng chống ăn mòn

Môi trường hoạt động bên trong tòa tháp là đặc biệt tích cực. Sự kết hợp của nhiệt độ cao (thường là 90-100 ° C), pH axit, ion clorua và brom nguyên tố tạo ra một trong những môi trường công nghiệp ăn mòn nhất. Do đó, các vật liệu xây dựng được chọn để chống ăn mòn tối cao:

  Vỏ tháp: Vỏ chính thường được chế tạo từ thép carbon dày. Tuy nhiên, bề mặt bên trong luôn được bảo vệ bởi một lớp lót. Đây thường là lớp lót gạch axit nhiều lớp hoặc lớp lót đàn hồi dày (ví dụ: cao su). Những lớp lót này tạo thành một rào cản không thấm nước giữa chất lỏng quá trình ăn mòn và thép kết cấu.
  Các thành phần bên trong: Các nhà đóng gói, nhà phân phối và các tấm hỗ trợ thường được làm từ các loại nhựa tiên tiến như polypropylen (PP) hoặc polyvinylidene fluoride (PVDF) hoặc gốm sứ. Những vật liệu này cung cấp khả năng chống lại cả sự ăn mòn và suy thoái nhiệt.

5. Tích hợp vào mạch sản xuất rộng hơn

Tháp khai thác là cốt lõi, nhưng không phải là toàn bộ, của quá trình. Hơi nước chứa đầy brom mà nó tạo ra được chuyển đến các bộ ngưng tụ vỏ và ống. Ở đây, hỗn hợp được làm mát, ngưng tụ brom và hấp vào hỗn hợp chất lỏng. Vì brom và nước là bất khả xâm phạm, chúng tạo thành hai lớp riêng biệt trong một tàu tách biệt. Lớp chất lỏng dày đặc, thấp hơn bromine được rút ra để tinh chế và hoàn thiện thêm, trong khi lớp nước thường được tái chế.

Nước muối cạn kiệt thoát khỏi đáy vẫn còn nóng và có tính axit. Nó đi qua các bộ trao đổi nhiệt để làm nóng trước nước muối thức ăn (cải thiện hiệu suất nhiệt) và sau đó được trung hòa với một cơ sở như soda ăn da (NaOH) trước khi được quản lý có trách nhiệm.

Phần kết luận

Thiết bị chiết xuất brom9,5 m đại diện cho đỉnh cao của quy mô và kỹ thuật trong ngành hóa học vô cơ. Đây là một thiết bị được thiết kế thành thạo, tích hợp các nguyên tắc kỹ thuật hóa học, nhiệt động lực học và khoa học vật liệu tiên tiến để thực hiện nhiệm vụ quan trọng là tách một yếu tố quan trọng khỏi các nguồn tự nhiên của nó. Quy mô lớn của nó nhấn mạnh nhu cầu toàn cầu về Bromine và động lực của ngành về hiệu quả và năng lực sản xuất. Bằng cách làm chủ môi trường nội bộ khắc nghiệt thông qua thiết kế mạnh mẽ và vật liệu chống ăn mòn, công nghệ này cho phép sản xuất brom an toàn, hiệu quả và quy mô lớn của brom, thúc đẩy vô số ứng dụng hạ nguồn của nó không thể thiếu đối với nhiều lĩnh vực của thế giới hiện đại. Việc vận hành và duy trì một đơn vị như vậy đòi hỏi một sự hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật quy trình và đại diện cho một thành tựu đáng kể trong xử lý hóa học công nghiệp. Trong ngành công nghiệp brom, việc thúc đẩy thiết bị FRP là trường hợp đầu tiên trên toàn quốc. Vào năm 2003, dựa trên các tháp PVC và xi măng ban đầu với các biện pháp chống ăn mòn, chúng tôi đã phát triển thành công FRP Brom Tower đầu tiên của Trung Quốc hợp tác với các chuyên gia kỹ thuật từ một số đơn vị sản xuất Brom lớn trong nước. Nó đã được đưa vào hoạt động thành công vào năm 2004 tại nhà máy Changyi Dahai Brom.