CN115138088A - 一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置，比重测量机构包括：供液管道、取样管、取样泵、测量筒和密度计；取样管包括第一连接端和第二连接端，第一连接端的口径大于第二连接端的口径，第一连接端与供液管道连接；取样管、取样泵、测量筒依次通过第一管道、第二管道、第三管道连接；第三管道的口径小于第一管道的口径。本发明在机构中加装强制取样的取样泵，增加压力使供液管道内的电解液回流到测量筒中；并且结合将取样管、第一管道、第二管道和第三管道的口径设为逐级缩径的方式，可以保证测量筒内的电解液满管，提高密度测量的准确性。该发明装置可实现在线比重测量，同时实现生产工艺为连续生产，大大提高了自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及多效蒸发技术领域，尤其涉及一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置。
背景技术
铜冶炼生产过程中，随着铜电解的进行，阳极效率高于阴极效率，Cu2+浓度不断升高，杂质不断积累，利用废电解液生产硫酸铜是调节电解液铜酸平衡的重要手段，也是铜电解净化的重要工序。
目前铜冶炼过程中硫酸铜的生产采用常压蒸发法和真空蒸发法，而真空蒸发法多采用单效真空蒸发和多效真空蒸发，其中多效真空蒸发被铜冶炼行业广泛应用。
但该工艺中出液过程的控制仍然是通过人工测量终点液比重，通过终点液比重控制多效蒸发的出液，该过程自动化程度低，而且通过人工测量比重，会导致比重测量不及时或操作责任心不强，导致终点浓缩液比重不精准，从而影响硫酸铜的产品质量。同时，采用人工测量比重控制出液导致多效蒸发***未能实现连续性、比重精准性及自动化程度。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置，旨在解决现有技术中利用废电解液生产硫酸铜时，需要人工测量终点液的比重，导致出液过程自动化程度低以及比重精准性差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种比重测量机构，包括：
供液管道；
取样管，所述取样管包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的口径大于所述第二连接端的口径，所述第一连接端与所述供液管道连接；
取样泵，所述取样泵包括第一进液端和第一出液端，所述第一进液端与所述第二连接端通过第一管道连接；
测量筒，所述测量筒包括第二进液端和第二出液端，所述第二进液端与所述第一出液端通过第二管道连接，所述第二出液端与所述供液管道通过第三管道连接；所述第三管道的口径小于所述第一管道的口径；
密度计，所述密度计与所述测量筒形成可拆卸连接。
所述的比重测量机构，其中，所述第三管道的绝对高度大于所述取样管的绝对高度。
所述的比重测量机构，其中，所述比重测量机构还包括温度计，所述温度计与所述测量筒形成可拆卸连接。
所述的比重测量机构，其中，所述密度计使用法兰或卡套与所述测量筒连接；所述温度计与所述测量筒为螺纹连接。
所述的比重测量机构，其中，所述第一管道与所述取样管的连接处安装有第一控制阀；所述第三管道上设有第二控制阀。
所述的比重测量机构，其中，所述供液管道的口径为DN300；所述第一连接端的口径为DN100；所述第二连接端、第一管道和第二管道的口径均为DN50；所述第三管道的口径为DN32。
一种利用上述比重测量机构实现的多效蒸发自动出液装置，包括：
换热器，所述换热器的下端通过管道和伸缩节与所述供液管道的上端连接；
蒸发器，所述蒸发器的上端与所述换热器的上端通过进液管道连接；
轴流泵，所述轴流泵的进液端与所述蒸发器的下端连接，所述轴流泵的出液端与所述供液管道的下端连接；
出料泵，所述出料泵与所述密度计电连接。
所述的多效蒸发自动出液装置，其中，所述取样泵和所述测量筒的绝对高度低于所述轴流泵的绝对高度。
所述的多效蒸发自动出液装置，其中，所述蒸发器内的温度为90～140℃，压力为-0.02～-0.06MPa，出液比重为1.2～1.4。
所述的多效蒸发自动出液装置，其中，所述供液管道内的样品流量为5m3/h～10m3/h；所述测量筒内样品的流速为0.17～0.35m/s，样品置换时间小于5秒。
有益效果：本发明提供一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置，所述比重测量机构包括：供液管道、取样管、取样泵、测量筒和密度计；所述取样管包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的口径大于所述第二连接端的口径，所述第一连接端与所述供液管道连接；所述取样泵的第一进液端与所述第二连接端通过第一管道连接；所述测量筒的第二进液端与所述取样泵的第一出液端通过第二管道连接，所述测量筒的第二出液端与所述供液管道通过第三管道连接；所述第三管道的口径小于所述第一管道的口径；所述密度计与所述测量筒形成可拆卸连接。本发明在机构中加装强制取样的取样泵，增加压力使供液管道内的电解液回流到测量筒中；并且结合将取样管、第一管道、第二管道和第三管道的口径设为逐级缩径的方式，可以保证测量筒内的电解液满管，提高密度测量的准确性。该发明装置可实现在线比重测量，对多效真空蒸发的真空度不会造成影响，同时实现生产工艺为连续生产，不造成生产流程的中断，大大提高了自动化程度。
附图说明
图1为本发明一种比重测量机构的结构示意图；
图2为本发明多效蒸发自动出液装置的结构示意图。
附图标记说明：比重测量机构100、供液管道10、取样管20、取样泵30、第一管道31、测量筒40、第二管道41、第三管道42、密度计50、温度计60、多效蒸发自动出液装置200、换热器210、管道211、伸缩节212、蒸发器220、进液管道221、轴流泵230、出液管道231。
具体实施方式
本发明提供一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
目前，利用废电解液生产硫酸铜的工艺中，其出液过程的控制仍然需要通过人工对终点液的比重进行测量，再根据人工测量终点液的比重结果来控制多效蒸发的出液。由于通过人工测量比重会导致比重测量不及时或操作责任心不强，导致终点浓缩液的比重不精准，从而影响硫酸铜的产品质量，并且，该过程的自动化程度太低，无法实现连续出液，制约着真空蒸发生产硫酸铜的连续性等。
因此，研究开发一种比重精准性高且具备在线测量的比重测量机构及多效蒸发自动出液装置是多效真空蒸发生产的关键技术。
基于此，如图1所示，本发明提供一种比重测量机构100，包括：
供液管道10；
取样管20，所述取样管20包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的口径大于所述第二连接端的口径，所述第一连接端与所述供液管道10连接；
取样泵30，所述取样泵30包括第一进液端和第一出液端，所述第一进液端与所述第二连接端通过第一管道31连接；
测量筒40，所述测量筒40包括第二进液端和第二出液端，所述第二进液端与所述第一出液端通过第二管道41连接，所述第二出液端与所述供液管道10通过第三管道42连接；所述第三管道42的口径小于所述第一管道31的口径；
密度计50，所述密度计50与所述测量筒40形成可拆卸连接。
由于供液管道内的电解液流量较大，很难从供液管道回流至测量筒，因此，本发明通过在所述比重测量机构100中加装强制取样的取样泵30，增加压力使供液管道10内的电解液回流到测量筒40中；并且结合将取样管20、第一管道31、第二管道41和第三管道42的口径设为逐级缩径的方式，可以保证测量筒内的电解液满管，提高密度测量的准确性，为实现多效蒸发的自动出液把好关。
在一些实施方式中，所述第一管道31、第二管道41和第三管道42独立地由至少一个直通管道和至少一个变向管道任意组合而成，从而改变所述比重测量机构的管道走向，使得取样管20、取样泵30、测量筒40的布局更合理。
具体地，所述比重测量机构100包括：
供液管道10：用于使硫酸铜电解液循环的；
取样管20：用于从供液管道中取样，并保证测量筒内的电解液满管，提高比重测量的准确性；
取样泵30：用于对所述供液管道进行强制取样，增加压力使样品回流到供液管道中；
测量筒40、密度计50：用于测量样品比重；
所述供液管道10、取样管20、取样泵30、测量筒40依次通过管道进行连接，使得样品经取样管20进入测量筒40，然后从测量筒的另一端回到供液管道10，形成取样回路，实现精准控制样品的比重；并且，所述取样管20的第一连接端的口径大于所述第二连接端的口径，所述第三管道42的口径小于所述第一管道31的口径，可以使得管道口径呈现一个逐级缩小的趋势，保证电解液可以充满所述测量筒，提高密度测量的准确性。
在本实施方式中，所述第一管道和第二管道的口径相同，所述第三管道的口径小于所述第一管道的口径。即在测量筒进出口采用变径设计，电解液进入测量筒的管道口径大于电解液出测量筒的管道口径。
在一些实施方式中，所述第三管道的绝对高度大于所述取样管的绝对高度；即取样管与供液管道10连接处的水平高度低于第三管道与供液管道连接处的水平高度，使得电解液在重量的作用下，更容易充满测量筒。
在一些实施方式中，所述比重测量机构100还包括温度计60，所述温度计60与所述测量筒40形成可拆卸连接；所述温度计60用于测出测量筒内电解液的温度，判断测量筒内的电解液温度与供液管道中电解液温度的关系。
在一种优选地实施方式中，所述比重测量机构还包括对取样回路进行保温的保温装置(图未示)；由于温度降到70℃时，电解液会出现结晶现象，因此通过保温装置可实现对取样回路内的电解液进行保温，避免电解液结晶堵塞取样回路；另一方面，在温度计60的监控下，当测量筒内电解液温度小于供液管道内电解液温度时，通过保温装置对取样回路中的电解液提供温度补偿，提高比重测量的准确性，同时可作为电解液温度接近结晶点时的报警。
在一些实施方式中，所述密度计使用法兰或卡套与所述测量筒连接；所述温度计与所述测量筒为螺纹连接；采用法兰或卡套、螺纹的可拆卸连接方式，便于后期的维护和替换。
在一种优选地实施方式中，所述供液管道、取样管、取样泵、测量筒与第一管道、第二管道、第三管道之间采用法兰进行连接，便于后期的快速检修和维护。
在一些实施方式中，所述第一管道31与所述取样管20的连接处安装有第一控制阀70；所述第三管道42上设有第二控制阀30。可以通过控制阀控制电解液的流量，并且可同时关闭第一控制阀和第二控制阀，不但不影响现有设备的检修，同时还可便于密度计和温度计的维护。
在一种优选地实施方式中，所述第一控制阀和第二控制阀均为球阀，在生产需要时，可将取样回路与供液管道有效隔离，提高生产工艺的安全性，以及便于对密度计和温度计的维护。
具体地，由于蒸发浓缩液具有高酸高腐蚀特性，因此，所述供液管道、取样管、取样泵、测量筒、第一控制阀、第二控制阀、第一管道、第二管道、第三管道的接液材料使用316L，所述温度计使用316L，所述密度计使用316L或316L衬PFA，提高取样回路的抗腐蚀性和延长使用周期。
在一些实施方式中，所述供液管道的口径为DN300；所述第一连接端的口径为DN100；所述第二连接端、第一管道和第二管道的口径均为DN50；所述第三管道的口径为DN32，但不限于此。由于电解液被取样泵强制抽取的过程中，易产生气泡，使得介质内含有气泡，为减少气泡对比重测量的影响，取样回路采用逐级缩径的方式，使得介质更快的充满测量筒，保证测量筒内电解液满管，提高比重测量的准确性。
在一些实施方式中，所述测量筒40的直径为100nm，高度700～800mm，容积约6～7L。
除此之外，如图2所示，本发明还提供一种利用上述比重测量机构实现的多效蒸发自动出液装置200，包括：
换热器210，所述换热器210的下端通过管道211和伸缩节212与所述供液管道10的上端连接；
蒸发器220，所述蒸发器220的上端与所述换热器210的上端通过进液管道221连接；
轴流泵230，所述轴流泵230的进液端与所述蒸发器220的下端连接，所述轴流泵230的出液端与所述供液管道10的下端连接；具体地，所述轴流泵230的进液端与所述蒸发器220的下端通过出液管道231连接；
出料泵(图未示)，所述出料泵与所述密度计50电连接。
在该多效蒸发自动出液装置中，当将铜电解液泵送至多效蒸发自动出液装置时，在不同的温度和压力下进行浓缩，当铜电解液在出液效蒸发至预设的出液比重时，利用所述比重测量机构中的取样泵从供液管道中进行强制取样，进行自动测量比重，当达到出液比重时，密度计的测量结果与所述出料泵进行联锁，实现在线比重测量以及多效蒸发的自动出液，对多效真空蒸发的真空度不造成影响，同时实现生产工艺为连续生产，不造成生产流程的中断，不影响多效蒸发饿连续性，大大提高了自动化程度，解决了多效蒸发自动出料的技术瓶颈。
在本实施方式中，由于管道内的电解液流量较大，所述伸缩节用于缓冲管道的压力，起到保护管道的作用；所述轴流泵用于使得所述多效蒸发自动出液装置内的电解液强制循环。
在一些实施方式中，所述管道211、进液管道221、出料管道231独立地由至少一个直通管道和至少一个变向管道任意组合而成，从而改变所述多效蒸发自动出液装置的管道走向，使得布局更合理。
在一些实施方式中，所述比重测量机构为图2中100部分的右视图(局部)。
在一些实施方式中，所述出料泵与所述密度计通过控制芯片连接，当密度计所测得的样品比重达到出液比重时，将测量结果反馈到控制芯片，控制芯片控制所述出料泵进行工作，进而达到自动出液的效果。
在一种优选地实施方式中，所述取样泵和所述测量筒的绝对高度低于所述轴流泵的绝对高度；利用高度优势，充分利用重力压差，确保测量筒内的电解液充沛，提高测量效果精准性。
在一些实施方式中，所述换热器为板式换热器。
在一些实施方式中，所述蒸发器内的温度为90～140℃，压力为-0.02～-0.06MPa，出液比重为1.2～1.4。
在一种实施方式中，所述比重检测机构的比重测量范围为1.0～1.5。
在一些实施方式中，所述供液管道内的样品流量为5m3/h～10m3/h；所述测量筒内样品的流速为0.17～0.35m/s，样品置换时间小于5秒。
在一些实施方式中，在铜冶炼硫酸铜多效蒸发工艺中，各效均采用本发明的比重测量机构对蒸发比重进行自动测量，并实现比重与出料泵进行上位联锁，实现各效到达工艺控制比重后自动过料。在二效分离室中同样采用自动比重测量机构，并实现终液控制比重与出料泵进行联锁，实现多效蒸发自动比重测量和自动出液。
具体地，终点出液效(电解液)在轴流泵的作用下，电解液经过供液管道10、伸缩节212和管道211进入板式换热器进行加热；在此过程中，从DN300供液管道上开口取液，利用取样泵进行强制取液，打开第一控制阀70，蒸发中的电解液经过第一管道31进入取样泵30后，经过第二管道41进入测量筒中，利用测量筒中的密度计和温度计进行密度和温度测量，并根据温度测量结果进行温度补偿，测量后的电解液经过第三管道42和第二控制阀80返回至供液管道10中，不断进行反复加热，直至达到预设比重值。
综上所述，本发明提供一种比重测量机构及多效蒸发自动出液装置，所述比重测量机构包括：供液管道、取样管、取样泵、测量筒和密度计；所述取样管包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的口径大于所述第二连接端的口径，所述第一连接端与所述供液管道连接；所述取样泵的第一进液端与所述第二连接端通过第一管道连接；所述测量筒的第二进液端与所述取样泵的第一出液端通过第二管道连接，所述测量筒的第二出液端与所述供液管道通过第三管道连接；所述第三管道的口径小于所述第一管道的口径；所述密度计与所述测量筒形成可拆卸连接。本发明在机构中加装强制取样的取样泵，增加压力使供液管道内的电解液回流到测量筒中；并且结合将取样管、第一管道、第二管道和第三管道的口径设为逐级缩径的方式，可以保证测量筒内的电解液满管，提高密度测量的准确性。该发明装置可实现在线比重测量，对多效真空蒸发的真空度不会造成影响，同时实现生产工艺为连续生产，不造成生产流程的中断，大大提高了自动化程度。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种比重测量机构，其特征在于，包括：
供液管道；
取样管，所述取样管包括第一连接端和第二连接端，所述第一连接端的口径大于所述第二连接端的口径，所述第一连接端与所述供液管道连接；
取样泵，所述取样泵包括第一进液端和第一出液端，所述第一进液端与所述第二连接端通过第一管道连接；
测量筒，所述测量筒包括第二进液端和第二出液端，所述第二进液端与所述第一出液端通过第二管道连接，所述第二出液端与所述供液管道通过第三管道连接；所述第三管道的口径小于所述第一管道的口径；
密度计，所述密度计与所述测量筒形成可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的比重测量机构，其特征在于，所述第三管道的绝对高度大于所述取样管的绝对高度。
3.根据权利要求1所述的比重测量机构，其特征在于，所述比重测量机构还包括温度计，所述温度计与所述测量筒形成可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的比重测量机构，其特征在于，所述密度计使用法兰或卡套与所述测量筒连接；所述温度计与所述测量筒为螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的比重测量机构，其特征在于，所述第一管道与所述取样管的连接处安装有第一控制阀；所述第三管道上设有第二控制阀。
6.根据权利要求1所述的比重测量机构，其特征在于，所述供液管道的口径为DN300；所述第一连接端的口径为DN100；所述第二连接端、第一管道和第二管道的口径均为DN50；所述第三管道的口径为DN32。
7.一种利用权利要求1-6任一所述的比重测量机构实现的多效蒸发自动出液装置，其特征在于，包括：
换热器，所述换热器的下端通过管道和伸缩节与所述供液管道的上端连接；
蒸发器，所述蒸发器的上端与所述换热器的上端通过进液管道连接；
轴流泵，所述轴流泵的进液端与所述蒸发器的下端连接，所述轴流泵的出液端与所述供液管道的下端连接；
出料泵，所述出料泵与所述密度计电连接。
8.根据权利要求7所述的多效蒸发自动出液装置，其特征在于，所述取样泵和所述测量筒的绝对高度低于所述轴流泵的绝对高度。
9.根据权利要求7所述的多效蒸发自动出液装置，其特征在于，所述蒸发器内的温度为90～140℃，压力为-0.02～-0.06MPa，出液比重为1.2～1.4。
10.根据权利要求7所述的多效蒸发自动出液装置，其特征在于，所述供液管道内的样品流量为5m3/h～10m3/h；所述测量筒内样品的流速为0.17～0.35m/s，样品置换时间小于5秒。
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