專利名稱：多孔球狀反應(yīng)裝置及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有關(guān)氣液動量、熱量、質(zhì)量傳遞和氣液反應(yīng)研究的實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法，特別涉及一種研究高效反應(yīng)物及反應(yīng)過程、測定反應(yīng)動力學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法，屬于化工、環(huán)保、輕工、醫(yī)藥領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在鍋爐煙氣脫硫脫硝工藝的實(shí)驗(yàn)研究中，所涉及的高效脫除劑與煙氣中二氧化硫以及氮氧化物的反應(yīng)主要是氣液反應(yīng)，而氣泡是氣液體系中的基本元素，氣泡的大小和分布情況決定著流體流動、傳遞和反應(yīng)，同時也決定著工程應(yīng)用中的一個重要參數(shù)-氣液比表面積。傳統(tǒng)反應(yīng)裝置的氣泡大小和分布情況在空間上都不均勻，而且隨著氣體流量的變化而變化，給操作穩(wěn)定和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都帶來很大影響。如果采用大型設(shè)備，必然造成脫除劑的浪費(fèi)，但由于煙氣中的有毒氣體含量低，采用小的反應(yīng)瓶時，氣體流量則難于準(zhǔn)確測量和控制。目前，國內(nèi)外還沒有一套完整的實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明就是要克服現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)的不足，提供一種帶有氣體 分布器的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法。氣體經(jīng)過進(jìn)口進(jìn)入通氣管，然后被氣體分布器分布成均勻的小氣泡，最后經(jīng)出口進(jìn)入下一階段操作。本發(fā)明的可操作性強(qiáng)，氣體流量變化大時對氣泡的尺寸和分布影響不大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為鍋爐煙氣脫硫脫硝工藝的實(shí)驗(yàn)研究提供一種氣體分布均勻、運(yùn)行費(fèi)用低、反應(yīng)速率高、操作簡單的新型實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法。本發(fā)明的目的通過下列途徑實(shí)現(xiàn)一種多孔球狀反應(yīng)裝置，至少包括反應(yīng)瓶封頭、筒體、通氣管、多孔球狀氣體分布器和取樣器，所述的反應(yīng)瓶封頭和筒體采用燒口法蘭結(jié)構(gòu)連接；多孔球狀氣體分布器連接在通氣管上，且通氣管連接在封頭上，使三者成為一個部件；取樣器與反應(yīng)瓶封頭采用標(biāo)準(zhǔn)口連接。所述的多孔球狀氣體分布器是由3 9個空心球體通過3 9根支管與通氣管連接而成；空心球體上每個開有20 40個孔，孔形狀是圓形、橢圓形、三角形和菱形，當(dāng)量直徑是2mm 5mm ;支管直徑是4mm IOmm,支管與通氣管的夾角度數(shù)為0° 170°。多孔球狀氣體分布器、通氣管與反應(yīng)瓶封頭采用焊接的連接方式。所述的反應(yīng)瓶封頭的結(jié)構(gòu)形式，封頭頂端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形式，底端采用燒口的結(jié)構(gòu)，中間采用圓桶形式。反應(yīng)瓶封頭和筒體采用燒口法蘭結(jié)構(gòu)連接，在燒口與法蘭間根據(jù)密封面形式設(shè)有不同形狀截面的密封墊，密封墊截面為圓形、梯形、矩形、菱形、C型。所述的取樣器由旋塞和儲液室組成，取樣器的標(biāo)準(zhǔn)塞和反應(yīng)瓶取樣口的規(guī)格一致，采用19#和24#的標(biāo)準(zhǔn)磨砂口，儲液室的容積為Iml 10ml，與取樣器的儲液室連接的取液管采用120° 135°的曲管，并連接于儲液室的側(cè)面，長度為多孔球狀反應(yīng)瓶高度的1/2 1/3。一種多孔球狀反應(yīng)裝置的操作方法,包括進(jìn)入氣體流量為ImVh 25mVh,在反應(yīng)瓶內(nèi)的平均停留時間為0. 5s IOs，反應(yīng)瓶內(nèi)的氣含率范圍為10 % 80 %，原料液加入量為反應(yīng)瓶總體積的30% 70% ;氣體首先進(jìn)入通氣管，經(jīng)氣體分布器后形成大量2_ 5mm的小氣泡,并與反應(yīng)瓶內(nèi)液體進(jìn)行動量、熱量、質(zhì)量交換和化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由出口排出；在氣液接觸的過程中，通過調(diào)節(jié)取樣器的三個旋塞實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)瓶內(nèi)液體的在線采樣。本發(fā)明與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置及操作方法相比，存在明顯的優(yōu)點(diǎn)在于
(I)氣體分布均勻，增大了氣液接觸面積，延長了氣體的停留時間。(2)操作方法簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，可節(jié)省液體的用量。(3)裝置具有加工容易、制造成本低，降低了實(shí)驗(yàn)裝
置費(fèi)用。


圖I是多孔球狀反應(yīng)裝置示意圖；圖2是反應(yīng)瓶結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是多孔球狀氣體分布器俯視圖；圖4是取樣器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是多孔球狀反應(yīng)裝置脫硫脫硝工藝流程示意圖；圖6是多孔球狀反應(yīng)裝置脫硫效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明多孔球狀反應(yīng)裝置由反應(yīng)瓶封頭3與筒體2通過燒口法蘭形式連接成反應(yīng)瓶，取樣器4的標(biāo)準(zhǔn)塞與標(biāo)準(zhǔn)口 5連接，用彎管將進(jìn)口 6與出口 7連接到管路中(圖I)。多孔球狀氣體分布器I連接在通氣管13上，氣體進(jìn)口 6、出口 7和取樣口 5采用標(biāo)準(zhǔn)磨砂口，便于使用和互換。反應(yīng)瓶封頭3與筒體2的連接形式采用燒口法蘭結(jié)構(gòu)，在燒口 11與法蘭9間設(shè)有圓形橡膠圈10和密封墊12，由螺栓8擰緊，保證密封，可以有效防止氣體的泄漏(圖2)。多孔球狀氣體分布器I采用9個直徑為20_的空心球體14通過連接管16連接在通氣管13上，每個球體上開有9個2mm的孔且反應(yīng)瓶的容積為5L，球體上孔的形狀，采用圓形(圖3)。取樣器4由滴管17、旋塞18、20、21和儲液室19、標(biāo)準(zhǔn)塞22、滴管23組成，標(biāo)準(zhǔn)塞 22和反應(yīng)瓶的取樣口 5的規(guī)格一致，采用24#磨砂口，確保密封性(圖4)。將氣瓶24 27、筒體2、反應(yīng)瓶封頭3、取樣器4連接在一起(圖5)，氣瓶24、25、 26,27提供的N2、SO2, NO, NO2混合后得到模擬煙氣，模擬煙氣由進(jìn)口 6進(jìn)入通氣管13，通過分布器I后被分成大量的氣泡，與吸收液充分反應(yīng)，由出口 7排出后用煙氣分析儀進(jìn)行檢測得到吸收后的濃度參數(shù)，最后進(jìn)行尾氣處理。本發(fā)明提供的多孔球狀反應(yīng)裝置可以分析脫除劑的脫除效果；通過提取瓶內(nèi)樣品，測定脫除劑的反應(yīng)進(jìn)程，還可以得到有關(guān)反應(yīng)動力學(xué)方面的數(shù)據(jù)，為工程放大提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如圖5所示，由氣瓶24 25提供的N2和SO2混合后得到模擬煙氣，模擬煙氣由進(jìn)口進(jìn)入通氣管13，通過多孔球狀氣體分布器I后被分成大量的氣泡。與配制好的次氯酸鈣吸收液充分反應(yīng)，隨時用取樣器進(jìn)行取樣，來測吸收液的濃度和反應(yīng)產(chǎn)物。由出口 7排出后用煙氣分析儀進(jìn)行檢測得到吸收后的二氧化硫濃度參數(shù)，最后進(jìn)行尾氣處理。在實(shí)驗(yàn)過程中，次氯酸鈣初始濃度為0. 035mol/L,由于吸收反應(yīng)的進(jìn)行，檢測到出口處的二氧化硫濃度隨時間越來越大，每分鐘記錄一下，出口煙氣中二氧化硫濃度隨時間的變化關(guān)系，如圖6所示。從圖6明顯看出前93分鐘，次氯酸鈣溶液脫除SO2的效率為100%，模擬煙氣中的SO2被完全吸收；在94-200分鐘內(nèi)脫除效率是下降的而在94-110分鐘之間，脫除效率是明顯下降，111-200分鐘內(nèi)脫除效率下降的趨勢慢慢變緩，直到?jīng)]有變化為止；200分鐘以后脫除效率為0，表示吸收液已經(jīng)不再有吸收SO2的能力了。從整個穿透曲線來看，將整個吸收過程分為三部分快速反應(yīng)區(qū)、動力反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)停滯區(qū)，快速反應(yīng)區(qū)可以直接應(yīng)用于工程實(shí)踐，動力反應(yīng)區(qū)可以研究化工動力學(xué)的有關(guān)問題，而反應(yīng)停滯區(qū)代表反應(yīng)結(jié)束，而劃分這三個部分的兩個分界點(diǎn)分別為a點(diǎn)和b點(diǎn)，在圖6中是93分鐘和200分鐘所對應(yīng)的點(diǎn)，對兩個時間點(diǎn)的吸收液進(jìn)行取樣并測定，a點(diǎn)處吸收液的ph = 3. 07，次氯酸根濃度為
0.0007mol/L, b點(diǎn)處吸收液的ph = I. 42,經(jīng)計算得到a點(diǎn)與b點(diǎn)之間的反應(yīng)是一級反應(yīng)， 這些數(shù)值可以作為參考數(shù)據(jù)，有廣泛的工程應(yīng)用價值。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的實(shí)施例對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.多孔球狀反應(yīng)裝置，至少包括反應(yīng)瓶封頭、筒體、通氣管、多孔球狀氣體分布器和取樣器，所述的反應(yīng)瓶封頭和筒體采用燒口法蘭結(jié)構(gòu)連接；所述的多孔球狀氣體分布器連接在通氣管上，且通氣管連接在封頭上，并插入筒體內(nèi)；所述的取樣器與反應(yīng)瓶封頭采用標(biāo)準(zhǔn)口連接。
2.如權(quán)利要求I所述的多孔球狀反應(yīng)裝置，其特征在于所述的多孔球狀氣體分布器是由3 9個空心球體通過3 9根支管與通氣管連接；所述的空心球體上每個開有20 40個孔，所述的孔形狀是圓形、橢圓形、三角形和菱形，當(dāng)量直徑是2mm 5mm ;所述的支管直徑是4mm IOmm,支管與通氣管的夾角度數(shù)為0° 170°。
3.如權(quán)利要求I所述的多孔球狀反應(yīng)裝置，其特征在于所述的多孔球狀氣體分布器、 通氣管與反應(yīng)瓶封頭采用焊接的連接方式。
4.如權(quán)利要求I所述的多孔球狀反應(yīng)裝置，其特征在于所述的反應(yīng)瓶封頭的結(jié)構(gòu)形式，封頭頂端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形式，底端采用燒口的結(jié)構(gòu)，中間采用圓桶形式。
5.如權(quán)利要求I所述的多孔球狀反應(yīng)裝置，其特征在于所述的反應(yīng)瓶封頭和筒體采用燒口法蘭結(jié)構(gòu)連接，在燒口與法蘭間根據(jù)密封面形式設(shè)有不同形狀截面的密封墊，密封墊截面為圓形、梯形、矩形、菱形、C型。
6.如權(quán)利要求I所述的多孔球狀反應(yīng)裝置，其特征在于所述的取樣器由旋塞、標(biāo)準(zhǔn)塞和儲液室組成，標(biāo)準(zhǔn)塞和反應(yīng)瓶取樣口的規(guī)格一致，采用19#和24#的標(biāo)準(zhǔn)磨砂口，儲液室的容積為Iml IOml o
7.如權(quán)利要求I所述的多孔球狀反應(yīng)裝置，其特征在于所述與取樣器的儲液室連接的取液管采用120° 135°的曲管，并連接于儲液室的側(cè)面，長度為多孔球狀反應(yīng)瓶高度的 1/2 1/3。
8.多孔球狀反應(yīng)裝置的操作方法，包括進(jìn)入氣進(jìn)氣流量為lm3/h 25m3/h，在反應(yīng)瓶內(nèi)的平均停留時間為0.5s 10s，反應(yīng)瓶內(nèi)的氣含率范圍為10% 80%，原料液加入量為反應(yīng)瓶總體積的30% 70%，操作穩(wěn)定時，連接面位于液面以下；氣體首先進(jìn)入通氣管，經(jīng)氣體分布器后形成大量2mm 5_的小氣泡，并與反應(yīng)瓶內(nèi)液體進(jìn)行動量、熱量、質(zhì)量交換和化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體由出口排出；在氣液接觸的過程中，通過調(diào)節(jié)取樣器的三個旋塞實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)瓶內(nèi)液體的在線采樣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于實(shí)驗(yàn)測試的多孔球狀反應(yīng)裝置及操作方法。多孔球狀反應(yīng)裝置至少包括多孔反應(yīng)瓶、多孔球狀氣體分布器和取樣器。多孔球狀氣體分布器連接在通氣管上，由于氣體經(jīng)過多孔球狀氣體分布器后形成大量均勻的小氣泡，大大增加了氣液的接觸面積，延長了氣液接觸時間。反應(yīng)瓶主體采用燒口法蘭結(jié)構(gòu)連接，氣密性好，可以有效防止氣體的泄漏。氣體進(jìn)口、出口和取樣口采用標(biāo)準(zhǔn)磨砂口，便于使用和互換。取樣器可以隨時在線取樣，以供分析之用。多孔球狀反應(yīng)裝置具有氣液混合均勻、操作簡單、操作穩(wěn)定性強(qiáng)、加工容易、加工成本低、強(qiáng)度大和易清洗等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、輕工、醫(yī)藥等行業(yè)中的實(shí)驗(yàn)測試。
文檔編號B01D53/60GK102614817SQ20121011556
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者劉海龍, 劉燕, 張少峰, 王德武, 王晉剛 申請人:河北工業(yè)大學(xué)