專利名稱：一種具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工或機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種化工反應(yīng)設(shè)備，也是一種應(yīng)用于環(huán)保處理的 設(shè)備，具體為進(jìn)行固液反應(yīng)的容器，并配套有氣體分離收集裝置和固體進(jìn)料系統(tǒng)。
技術(shù)背景在化工生產(chǎn)和三廢處理中經(jīng)常會(huì)使用到反應(yīng)容器，其種類繁多，功能各異。根據(jù)其外型 可以分為反應(yīng)釜、反應(yīng)鍋、反應(yīng)塔和反應(yīng)罐等，根據(jù)其反應(yīng)壓力可以分為高壓反應(yīng)器、常壓 反應(yīng)器、低壓反應(yīng)器、負(fù)壓反應(yīng)器和真空反應(yīng)器等，根據(jù)其反應(yīng)介質(zhì)可以分為單相反應(yīng)器、 兩相反應(yīng)器和多相反應(yīng)器等。反應(yīng)容器的設(shè)計(jì)與制造必須符合生產(chǎn)要求，便于維護(hù)清理，同 時(shí)要有較高的安全保障。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多化學(xué)反應(yīng)單元在制備產(chǎn)品的同時(shí)會(huì)副產(chǎn)氣體。為了提高反應(yīng)效率和 產(chǎn)品純度，反應(yīng)容器中的原料物質(zhì)必須充分接觸，同吋配備過濾裝置濾除雜質(zhì)。若反應(yīng)產(chǎn)生 尾氣，還應(yīng)設(shè)置尾氣回收裝置，將氣體分離提純并形成副產(chǎn)品，避免污染環(huán)境。一種反應(yīng)罐(CN2282927)，其技術(shù)方案是整套裝置由罐體、支架、進(jìn)料管(配噴頭)、出 料管、物料循環(huán)管、排污口構(gòu)成，并配接液位計(jì)和加藥系統(tǒng)。其工作原理為反應(yīng)液和藥液 經(jīng)頂部進(jìn)料管噴頭進(jìn)入罐體后進(jìn)行穩(wěn)定的理化反應(yīng)，產(chǎn)品從側(cè)面的出料管排出，固體雜質(zhì)沉 淀后從底部排污口排出。該設(shè)備簡(jiǎn)化了液態(tài)物料回收的工序，減小了設(shè)備的占地面積。一種兩相或多相混合反應(yīng)罐(CN 2659540)，其結(jié)構(gòu)包括罐體，進(jìn)氣管和攪拌器。其特 征在于罐體上設(shè)置一剪切分散均化機(jī)，均化機(jī)的攪拌部分由攪拌桿和攪拌頭組成，并插入反 應(yīng)罐內(nèi)。該反應(yīng)罐適用于氣/液/固或氣/液體系的反應(yīng)。一種固液反應(yīng)新裝置(CN 2284644),即一種帶夾層的反應(yīng)釜，內(nèi)裝一個(gè)網(wǎng)孔狀的反應(yīng) 過濾器，過濾器內(nèi)裝有攪拌器。該設(shè)備集反應(yīng)、分離為一體，具有操作簡(jiǎn)單安全，反應(yīng)條件 容易控制，溶液充分回收利用等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于各類固液反應(yīng)。目前大部分固液或多相反應(yīng)器均需使用攪拌器和過濾網(wǎng)，其能耗較大且設(shè)備清洗維護(hù)不 方便，同時(shí)反應(yīng)副產(chǎn)氣體回收利用率很低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種在常溫常壓條件下，用于化工生產(chǎn)或三廢處理的具有氣體分離
收集功能的固液反應(yīng)罐。該設(shè)備適用范圍廣泛，可運(yùn)用于化工生產(chǎn)和三廢處理中各類固液反 應(yīng)單元，并且反應(yīng)產(chǎn)生的氣體可以回收利用。罐體材質(zhì)可以選擇碳鋼、不銹鋼、玻璃鋼、搪 瓷、增強(qiáng)聚丙烯(增強(qiáng)PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等。 本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐結(jié)構(gòu)如下-柱狀罐體1的近底部有進(jìn)水口 2，進(jìn)水口 2通過三通閥門與反應(yīng)液進(jìn)水管3和反沖洗進(jìn) 水管4連接；柱狀罐體1的近頂部有出水口 5,出水口 5通過三通閥門與產(chǎn)品出水管6和反 沖洗出水管7連接；罐體底部設(shè)置的放空口 8通過三通閥門與反應(yīng)液放空管9和反沖洗放空 管10連接；罐體側(cè)壁設(shè)置人孔ll，底部設(shè)置卸料孔12;罐體內(nèi)底部鋪設(shè)濾水帽13，濾水帽 13上鋪設(shè)粗石英砂承托層14，承托層14上填充細(xì)石英砂過濾層15，過濾層15上設(shè)置固體 反應(yīng)物16;罐體l的近頂部設(shè)置了出水堰板19，出水堰板19的最低端連接出水管6;固體 反應(yīng)物16與出水堰板19之間形成一個(gè)液相區(qū)17;在液相區(qū)17的上部，即出水堰板下部設(shè) 置氣體收集裝置20，在罐體側(cè)壁設(shè)置用于減少氣體溢漏的擋板18，氣體收集裝置20通過排 氣管22通出罐體1的頂部，連接排氣口21。氣體收集裝置20由一根排氣管22和一根與排氣管22垂直相交連接的集氣管23以及布 滿罐體內(nèi)的多個(gè)集氣罩24組成。上述具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐應(yīng)用于化工生產(chǎn)和三廢處理中各類固液反應(yīng)單元。本發(fā)明具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步敘述如下-柱狀罐體1側(cè)面靠近底部有進(jìn)水口 2，利用三通閥門分別與反應(yīng)液進(jìn)水管3和反沖洗進(jìn) 水管4連接；進(jìn)水口對(duì)側(cè)靠近頂部有出水口 5，利用三通閥門分別與產(chǎn)品出水管6和反沖洗 出水管7連接；罐體底部設(shè)置放空口8，利用三通閥門分別與反應(yīng)液放空管9和反沖洗放空管10連接；罐體側(cè)壁設(shè)置人孔ll，底部設(shè)置卸料孔12;罐體內(nèi)底部安置若干濾水帽13，并填充粗石英砂承托層14，承托層上填充細(xì)石英砂過濾層15，過濾層上填充固體反應(yīng)物16， 固體反應(yīng)物之上為反應(yīng)時(shí)的液相區(qū)17，液相區(qū)上面設(shè)置出水堰板19，成品溶液需翻過堰板 從出水管排出；若反應(yīng)中有氣體產(chǎn)生，并具有回收利用價(jià)值，則在出水堰下側(cè)設(shè)置氣體收集 裝置20，并在罐體側(cè)壁設(shè)置擋板18，減少氣體溢漏，收集裝置排氣口21可與罐外的其他設(shè) 施如氣水分離器連接，氣體經(jīng)過濾后進(jìn)入回收提純系統(tǒng)形成產(chǎn)品。正常生產(chǎn)反沖洗進(jìn)水管4、反沖洗出水管7、反應(yīng)液放空管9和反沖洗放空管IO均處 于關(guān)閉狀態(tài)。反應(yīng)液從進(jìn)水管3進(jìn)入罐體，經(jīng)過濾水帽13均勻布水后，液位緩慢上升，先 通過細(xì)石英砂過濾層i5過濾，再與固體填充物i6反應(yīng)，生成產(chǎn)品溶液n，待液位上升直至翻過堰板19后，產(chǎn)品從出水管6排出。反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體經(jīng)氣體收集裝置20富集后，從頂 部排氣口21排出，進(jìn)入氣體分離提純系統(tǒng)制成產(chǎn)品。反沖洗設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，石英砂過濾層15和固體填充物16中會(huì)積累一些固體雜 質(zhì)，需及時(shí)清洗，以防過多的雜質(zhì)被帶入產(chǎn)品，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)備進(jìn)行反沖洗前需停止 生產(chǎn)，將殘留液體從反應(yīng)液放空管9排出(殘液可收集后回用)，并關(guān)閉反應(yīng)液進(jìn)水管3和 產(chǎn)品出水管6，清水從反沖洗進(jìn)水管4進(jìn)入罐體，快速上升，翻過堰板，固體雜質(zhì)隨著反沖 洗廢水從反沖洗出水管7排出，沖洗完畢將殘留廢液從底部反沖洗放空管10排空。清理維護(hù)設(shè)備在清理維護(hù)或檢修時(shí)，可將內(nèi)部填料從底部卸料孔12排出，檢修人員 可從側(cè)壁人孔11進(jìn)入罐體進(jìn)行修理和維護(hù)。本發(fā)明的特點(diǎn)是利用固體過濾層濾除液體原料中的固體雜質(zhì)，連續(xù)進(jìn)出水，并使得反應(yīng)固體處于流化狀態(tài)，與液體充分接觸，無需攪拌；上部設(shè)置氣體收集裝置將反應(yīng)中副產(chǎn)的 氣體回收再利用；可以同時(shí)配套有升降機(jī)和進(jìn)料輸送帶，無需人工進(jìn)料。


圖l:為具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐外觀圖。圖2:為以圖3、圖5所示的集氣管23縱截面為切點(diǎn)的具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐縱剖面圖。其中罐體l，進(jìn)水口2，反應(yīng)液進(jìn)水管3，反沖洗進(jìn)水管4，出水口5，產(chǎn)品溶液出水 管6，反沖洗出水管7，放空口8，反應(yīng)液放空管9，反沖洗放空管IO，人孔ll，卸料孔12， 濾水帽13,粗石英砂承托層14，細(xì)石英砂過濾層15，固體反應(yīng)填料16，液相區(qū)17，擋板 18，出水堰板19，氣體收集裝置20，排氣口21。圖3:為氣體收集裝置20示意圖。其中排氣管22，集氣管23，集氣罩24。圖4:為單個(gè)集氣罩24的示意圖。圖5:為集氣管23縱截面為切點(diǎn)的具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐橫剖面圖。圖中 擋板18、排氣管22，集氣管23，集氣罩24。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所述具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐適用于常溫常壓下各類固液反應(yīng)單元， 尤其是反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生有利用價(jià)值氣體的工藝。設(shè)備和管路材料的選擇應(yīng)該謹(jǐn)慎，不得與參加 反應(yīng)的溶液、固體以及產(chǎn)品溶液、氣體等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，目前使用較多的材料為不銹鋼、搪 瓷、玻璃鋼、尼龍和增強(qiáng)聚丙烯塑料等。實(shí)施例一 一種圓柱形具有氣體分離收集功能的搪瓷固液反應(yīng)罐，用于鹽酸與碳酸鈣反 應(yīng)制備氯化鈣產(chǎn)品同時(shí)回收二氧化碳的生產(chǎn)工藝。如圖1所示，該具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐包括不銹鋼罐體1、進(jìn)水口 2 (與鹽酸溶液進(jìn)水管3和反沖洗進(jìn)水管4連接)、出水口 5 (與氯化鈣溶液出水管6和反沖洗出水 管7連接)、放空口8 (與鹽酸溶液放空管9和反沖洗放空管10連接)、人孔ll、卸料孔12; 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括濾水帽13、 cp2 5mm粗石英砂承托層14、 (pl 2mm細(xì)石英砂過濾層15， (pl 2mm重質(zhì)碳酸鈣反應(yīng)層16，液相區(qū)17、擋板18、出水堰板19、氣體收集裝置20，排氣口 21。濾水帽和管路可采用PVC材料，氣體收集裝置采用不銹鋼材質(zhì)。配套升降機(jī)和進(jìn)料輸 送帶，不斷補(bǔ)充碳酸鈣固體。鹽酸溶液從進(jìn)水口進(jìn)入罐體，在罐體內(nèi)以2 4m/h的速度上升，先通過濾水帽均勻布水， 然后經(jīng)石英砂過濾將鹽酸溶液中的懸浮固體雜質(zhì)濾除，再與含量99%的重質(zhì)碳酸鈣反應(yīng)生成 氯化鈣溶液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)氣體收集裝置富集后 排入氣體分離提純系統(tǒng)。反應(yīng)罐進(jìn)行反沖洗時(shí)，關(guān)閉廢水進(jìn)出水管的閥門，鹽酸殘液從底部放空管排出再利用， 反沖洗強(qiáng)度約l 5L/m2*s，反沖洗廢液最后從底部放空管排出。采用本發(fā)明的具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐，無需設(shè)置攪拌機(jī)，可節(jié)約60%以上 的能耗，溶液中鹽酸的反應(yīng)率在98%以上，采用石英砂過濾出水溶液中固體雜質(zhì)小于1%， 并且副產(chǎn)的二氧化碳?xì)怏w可以回收95%以上。實(shí)施例二 一種方柱形具有氣體分離收集功能的玻璃鋼固液反應(yīng)罐，用于濃硫酸與亞硫 酸鹽反應(yīng)制備硫酸鹽產(chǎn)品及回收二氧化硫的生產(chǎn)工藝。本實(shí)施例所用液體原料為濃硫酸，固體填料為亞硫酸鹽，產(chǎn)品為硫酸鹽，同時(shí)副產(chǎn)二氧 化硫氣體，設(shè)備外型為方柱形，內(nèi)部填充礫石承托層和過濾層，設(shè)備其余結(jié)構(gòu)和配套裝置與 實(shí)施例一相同。罐體采用搪瓷材質(zhì)，濾水帽和管路采用ABS材料。濃硫酸從進(jìn)水口進(jìn)入罐體，在罐體內(nèi)以2 5m/h的速度上升，先經(jīng)過濾水帽布水和礫石 過濾將濃硫酸中的懸浮固體雜質(zhì)濾除，然后與含量98%以上的工業(yè)亞硫酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉 溶液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產(chǎn)生的二氧化硫氣體經(jīng)氣體收集裝置富集后排入分 離提純系統(tǒng)，回收率達(dá)到卯％以上。定期進(jìn)行反沖洗，沖洗強(qiáng)度3 6 L/m2*s。無需設(shè)置過 濾和攪拌裝置，節(jié)能50%以上，產(chǎn)品溶液中固體雜質(zhì)小于0.5%。實(shí)施例三 一種圓柱形具有氣體分離收集功能的不銹鋼固液反應(yīng)罐，用于鹽酸與硫化亞 鐵反應(yīng)制備氯化亞鐵產(chǎn)品同時(shí)回收硫化氫氣體的生產(chǎn)工藝。本實(shí)施例所用液體原料為鹽酸，固體填料為硫化亞鐵，產(chǎn)品為氯化亞鐵溶液，副產(chǎn)硫化
氫氣體，設(shè)備形狀結(jié)構(gòu)和過濾層填料與實(shí)施例一相同。罐體采用不銹鋼材質(zhì)，濾水帽和管路 采用PP材料。鹽酸溶液從進(jìn)水口進(jìn)入罐體，在罐體內(nèi)以1 3m/h的速度上升，先經(jīng)過濾水帽布水和石 英砂過濾，將鹽酸中的懸浮固體雜質(zhì)濾除，然后與含量95%以上的硫化亞鐵反應(yīng)生成氯化亞 鐵溶液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產(chǎn)生的硫化氫氣體經(jīng)氣體收集裝置富集后排入氣 體分離提純系統(tǒng)，回收率達(dá)到95%以上。定期進(jìn)行反沖洗和設(shè)備維護(hù)，沖洗強(qiáng)度4 8L/m、s。 無需設(shè)置過濾和攪拌裝置，節(jié)能65%以上，產(chǎn)品溶液中固體雜質(zhì)小于1%。實(shí)施例四 一種方柱形具有氣體分離收集功能的增強(qiáng)聚丙烯固液反應(yīng)罐，用于過氧化物 與水反應(yīng)制備堿性中間體同時(shí)副產(chǎn)氧氣的生產(chǎn)工藝。本實(shí)施例所用液體原料為工業(yè)用水，固體填料為過氧化鈉，產(chǎn)品為氫氧化鈉溶液，副產(chǎn)氧氣。設(shè)備結(jié)構(gòu)材質(zhì)、配套裝置、內(nèi)部填料與實(shí)施例二相同。原料水從進(jìn)水口進(jìn)入罐體，在罐體內(nèi)以0.5 2m/h的速度上升，通過濾水帽布水和礫石 過濾將水中的懸浮固體雜質(zhì)濾除，然后與含量99%以上的工業(yè)過氧化鈉反應(yīng)生成氫氧化鈉溶 液，液體最后翻過堰板從出水口排出，產(chǎn)生的氧氣經(jīng)氣體收集裝置富集后排入分離提純系統(tǒng)， 回收率達(dá)到98%以上。定期進(jìn)行反沖洗，沖洗強(qiáng)度5 10L/m、s。無需設(shè)置過濾和攪拌裝置， 節(jié)能70%以上，產(chǎn)品溶液中固體雜質(zhì)小于0.2%。實(shí)施例五 一種圓柱形具有氣體分離收集功能的聚酰胺固液反應(yīng)罐，用于廢鹽酸浸取毒 重石制備氯化鋇產(chǎn)品同時(shí)回收二氧化碳的生產(chǎn)工藝。本實(shí)施例所用液體原料為工業(yè)廢鹽酸，固體填料為毒重石(含碳酸鋇90%以上)，產(chǎn)品 為氯化鋇溶液，副產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w。設(shè)備結(jié)構(gòu)材質(zhì)、配套裝置、內(nèi)部填料均與實(shí)施例一相同。廢鹽酸從進(jìn)水口進(jìn)入罐體，在罐體內(nèi)以1 5m/h的速度上升，通過濾水帽布水和石英砂 過濾將水中的懸浮固體雜質(zhì)濾除，然后與含碳酸鋇90%以上的毒重石反應(yīng)生成氯化鋇溶液， 液體最后翻過堰板從出水口排出，產(chǎn)生的二氧化碳經(jīng)氣體收集裝置富集后排入分離提純系 統(tǒng)，回收率達(dá)到92%以上。定期進(jìn)行反沖洗，沖洗強(qiáng)度2 6 L/m、s。無需設(shè)置過濾和攪拌 裝置，節(jié)能60%以上，產(chǎn)品溶液中固體雜質(zhì)小于1.5%。
權(quán)利要求
1.具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐，其特征在于柱狀罐體(1)的近底部有進(jìn)水口(2)，進(jìn)水口(2)通過三通閥門與反應(yīng)液進(jìn)水管(3)和反沖洗進(jìn)水管(4)連接；柱狀罐體(1)的近頂部有出水口(5)，出水口(5)通過三通閥門與產(chǎn)品出水管(6)和反沖洗出水管(7)連接；罐體底部設(shè)置的放空口(8)通過三通閥門與反應(yīng)液放空管(9)和反沖洗放空管(10)連接；罐體側(cè)壁設(shè)置人孔(11)，底部設(shè)置卸料孔(12)；罐體內(nèi)底部鋪設(shè)濾水帽(13)，濾水帽(13)上鋪設(shè)粗石英砂承托層(14)，承托層(14)上填充細(xì)石英砂過濾層(15)，過濾層(15)上設(shè)置固體反應(yīng)物(16)；罐體(1)的近頂部設(shè)置了出水堰板(19)，出水堰板(19)的最低端連接出水管(6)；固體反應(yīng)物(16)與出水堰板(19)之間形成一個(gè)液相區(qū)(17)；在液相區(qū)(17)的上部，出水堰板下部設(shè)置氣體收集裝置(20)，并在罐體側(cè)壁設(shè)置用于減少氣體溢漏的擋板(18)，氣體收集裝置(20)通過排氣管(22)通出罐體(1)的頂部，連接排氣口(21)。
2. 如權(quán)利要求1所述具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐，其特征在于氣體收集裝 置(20)由一根排氣管(22)和一根與其垂直相交連接的集氣管(23)以及布滿罐體內(nèi)的多 個(gè)集氣罩(24)組成。
3. 如權(quán)利要求1所述具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐應(yīng)用于化工生產(chǎn)和三廢處理 中各類固液反應(yīng)單元。
全文摘要
一種具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐，包括罐體、支架、進(jìn)水口、出水口、放空口、人孔、卸料孔。其特點(diǎn)在于內(nèi)部安置濾水帽，填充砂石過濾層和固相反應(yīng)層，液體進(jìn)入罐體使固相物質(zhì)處于流化狀態(tài)，與液體充分接觸發(fā)生反應(yīng)，提高產(chǎn)品的純度；容器還設(shè)置反沖洗回路，以便罐體內(nèi)固體雜質(zhì)的清洗和排放；罐體頂部安置氣體收集裝置，能將反應(yīng)副產(chǎn)的氣體收集后送入提純系統(tǒng)再利用；同時(shí)配套升降機(jī)和進(jìn)料輸送帶，不斷補(bǔ)充固體填充物。該具有氣體分離收集功能的固液反應(yīng)罐在常溫常壓條件下應(yīng)用于大規(guī)模化工生產(chǎn)和三廢處理中的固液反應(yīng)具有較好的實(shí)際效果。
文檔編號(hào)B01J8/02GK101157014SQ200710070339
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者吳忠標(biāo), 李華靖, 趙偉榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)