一種新型旋流分散裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型旋流分散裝置，主要包括旋轉(zhuǎn)噴頭、泵、容器、管路等部分。本發(fā)明巧妙地將一直未受重視的傳遞過程能量成功用于各種反應(yīng)與傳質(zhì)傳熱過程。借助體系輸入或循環(huán)物料的動(dòng)能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，再通過氣體溫度急劇變化或/和被吸收引起的體積變化形成壓力梯度，在氣相中自動(dòng)誘導(dǎo)出類似龍卷風(fēng)效果，在液相中強(qiáng)制形成漩渦般的旋流，產(chǎn)生出比機(jī)械攪拌和環(huán)流器更好的混合效果，可顯著提高各種過程的傳質(zhì)傳熱效率。該新型旋流分散裝置是過程強(qiáng)化的重大裝備創(chuàng)新，具有簡單實(shí)用，造價(jià)低，節(jié)能高效，作用距離長，傳質(zhì)傳熱和分散分離效果好，用途廣泛、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可破解氣相、液相、氣液、氣固兩相和氣液固三相體系中涉及的傳質(zhì)傳熱不均的難題。
【專利說明】一種新型旋流分散裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可顯著提升過程強(qiáng)化效果的旋流技術(shù)與新型裝置，屬于化工技術(shù)與機(jī)械裝備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]氣相、液相、氣液兩相、氣固兩相和氣液固三相等體系中的傳質(zhì)傳熱及反應(yīng)分離過程，通常采用以下幾種混合或分離形式:
[0003](I)全混釜式反應(yīng)器:常用于以液體為連續(xù)相，氣體或固體為分散相，液液、氣液、液固、氣液固體系混合分散過程。裝置主要由產(chǎn)生動(dòng)力的馬達(dá)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的減速機(jī)，傳動(dòng)攪拌軸和推動(dòng)物料混合的各種形式的攪拌槳組成，液體可以分次或連續(xù)加入，氣體通常從容器下部通入，固體從容器上部加入。攪拌槳推動(dòng)整個(gè)物系做功，帶動(dòng)物料旋轉(zhuǎn)的大部分動(dòng)能變成了對混合效果貢獻(xiàn)不大的周向運(yùn)動(dòng)，只有少部分動(dòng)能變成了有效促進(jìn)混合的徑向和軸向運(yùn)動(dòng)。裝置發(fā)揮了電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的作用，但在運(yùn)行過程中存在減速機(jī)減速的動(dòng)能損失和攪拌槳與克服物料阻力及壁面摩擦的動(dòng)能損失，使大部分電能轉(zhuǎn)化成了對混合幫助不大的熱能，而非混合需要的有效能。機(jī)械攪拌雖然是最常見的混合設(shè)備，但卻存在結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)和運(yùn)行成本高，能量利用率不高，混合和傳質(zhì)傳熱效果還不理想，常有物料沉底，放大效應(yīng)明顯等弊端，有待改進(jìn)。泵打循環(huán)的液液混合模式，也存在混合效果差，物料難混合均勻、無法克服死區(qū)、固體容易沉淀等問題。
[0004](2)塔式反應(yīng)器:固定床、流化床、鼓泡床和內(nèi)或外環(huán)流漿態(tài)床是常用的氣固、氣液或氣液固體系的傳質(zhì)傳熱設(shè)備。固定床以固體為固定相，氣體或液體穿過固定相達(dá)到反應(yīng)、吸附、過濾等目的，但存在傳質(zhì)效率不高，傳熱困難的問題；流化床以氣體為連續(xù)相，固體為分散相，具有較高的傳質(zhì)效果，但接觸時(shí)間有限；內(nèi)或外環(huán)流漿態(tài)床更適用于氣液或氣液固體系，比鼓泡床、固定床和流化床的傳熱、傳質(zhì)、移熱和熱利用水平高，是值得開發(fā)的高效節(jié)能裝備，最適合于大型化、連續(xù)化和自動(dòng)化，但由于內(nèi)或外環(huán)流漿態(tài)床由于是通過氣體產(chǎn)生的比重差推動(dòng)物料循環(huán)，因此其混合環(huán)流效果受制于氣量的大小、氣體的分布、塔的高徑比，有效接觸時(shí)間和混合效果還有待提高；管式反應(yīng)器具有傳質(zhì)傳熱效率高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的優(yōu)點(diǎn)，適合于小批量生產(chǎn)，但使用領(lǐng)域和處理能力有限，容易出現(xiàn)氣液分離，影響混合接觸效果，有待優(yōu)化和改進(jìn)。
[0005](3)噴霧分散:常用于噴霧濃縮、干燥、吸收、煙道氣凈化等傳質(zhì)傳熱過程。以氣體為連續(xù)相，液體為分散相，通過把物料壓入噴頭細(xì)孔造成高速流，高速流在離心或碰到前置螺旋結(jié)構(gòu)使可進(jìn)一步霧化。傳統(tǒng)的噴霧頭是固定的，不能形成液體旋流，通入氣體產(chǎn)生的旋流效果有限，液體在重力和初始動(dòng)能的作用下，迅速落入塔底或粘附塔壁，存在嚴(yán)重的壁流和粘壁現(xiàn)象，因此氣液接觸時(shí)間和機(jī)會(huì)有限，傳質(zhì)傳熱效果還有待提升。目前采用較大直徑和高度的設(shè)備以保證其效果，因此，設(shè)備尺寸偏大，處理能力不大，粉塵夾帶嚴(yán)重等問題。
[0006](4)冷卻換熱:換熱的最佳形式是物料直接接觸換熱，換熱效果受制于接觸面積和接觸時(shí)間，噴霧床、流態(tài)床是直接接觸換熱的最佳形式，但是接觸時(shí)間和換熱效率有待提高；內(nèi)置或外置換熱器的漿態(tài)床是間接接觸換熱的比較理想的換熱反應(yīng)設(shè)備，但受制于液膜傳熱阻力。因此，在增加和強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱方面仍有改進(jìn)空間。
[0007](5)旋流分離:常用旋流設(shè)備進(jìn)行旋風(fēng)除塵、旋液分離，因?yàn)橥耆揽窟M(jìn)塔流體的初始動(dòng)能，需要較高的流體流速，經(jīng)引入管切向進(jìn)入筒體而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借助離心力和比重差，可將粉塵或/和液滴拋向壁面，實(shí)現(xiàn)氣液或氣固初步分離。因此只能形成局部旋流，流速損失大，能量利用率較低，且離心分離作用的強(qiáng)度和范圍有限，處理效果有待提升。
[0008](6)物理除塵:機(jī)械除塵、電除塵、過濾除塵、洗滌除塵等是目前幾種常見的除塵方式。機(jī)械除塵依靠機(jī)械力將塵粒從氣流中除去，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)均較低，但除塵效率不高。靜電除塵是利用靜電吸引力從大量氣流中分離塵粒，特點(diǎn)是氣流阻力小，除塵效率可達(dá)99%以上，但投資高，設(shè)備尺寸大，熱損失大，余熱回收困難。過濾除塵器是使含塵氣流通過濾料捕集塵粒，除塵效率一般為90%?99%，但不適用于溫度高的含塵氣體，上述幾種除塵方式需要再進(jìn)行單獨(dú)脫硫，在收集和轉(zhuǎn)移過程中還存在二次粉塵污染。
[0009]水洗滌除塵脫硫是最常采用的煙道氣凈化方式，它是通過噴淋稀堿水的方式使塵粒、二氧化硫、氮氧化物等污染物與液滴或液膜在空中或填料表面充分接觸被俘獲，除塵效率為80%?95%，可以同時(shí)脫除二氧化硫、氮氧化物等有害氣體，但由于氣量大、水量小、分散差、接觸時(shí)間短、相間接觸效果不理想，仍存在凈化效果差、能耗和處理費(fèi)用較高的問題。即使符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上也是造成酸雨和霧霾的污染源。因此利用更先進(jìn)的過程強(qiáng)化原理開發(fā)高效節(jié)能裝備對于節(jié)約資源和能源，減少環(huán)境污染，提升制造業(yè)裝備水平，大大減少廢氣處理的投資和運(yùn)行成本都具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]自然界的龍卷風(fēng)是大氣局部遇冷導(dǎo)致的體積收縮和大范圍周邊大氣的快速補(bǔ)充，形成的大氣旋流現(xiàn)象，其中心的氣壓比周邊低百分之十以上，其直徑大約幾十米，氣速為十幾米到兩百米。龍卷風(fēng)旋流產(chǎn)生的動(dòng)力和升力，可以夾帶大量固體和有效分散液體，具有極佳的促進(jìn)多相接觸、強(qiáng)化傳質(zhì)傳熱的效果。可否將龍卷風(fēng)這一強(qiáng)烈氣旋原理應(yīng)用于高效節(jié)能裝備的開發(fā)，更好地解決各種實(shí)際體系的傳質(zhì)傳熱問題，這是值得深入研究和大力開發(fā)的全新思路。
[0011]通常情況下，管道中的氣體流速一般為6?8m/s，垂直管道中的氣體流速一般大于lOm/s。氣體在吸收或冷卻過程中，可以產(chǎn)生顯著的體積收縮，形成負(fù)壓，負(fù)壓狀態(tài)下氣體的流速一般可達(dá)10?20m/s。帶壓氣體如蒸汽的氣體流速可達(dá)25?60m/s,壓縮機(jī)的出口速率可達(dá)10?30m/s。溫度為160°C?180°C的煙道氣，在水洗脫硫除塵過程中，溫度可以下降100攝氏度以上，體積至少收縮百分之二十以上，因此許多體系中實(shí)際存在局部正壓或負(fù)壓，具備了本身的壓差和持續(xù)補(bǔ)充流體的基本條件，在氣相中完全可能形成類似龍卷風(fēng)的強(qiáng)烈氣旋，在液相中能產(chǎn)生強(qiáng)烈旋流。如能合理利用體系的勢能和有效能，誘導(dǎo)產(chǎn)生類似龍卷風(fēng)的強(qiáng)烈氣旋或液體旋流，將可能破解反應(yīng)分離過程中傳質(zhì)傳熱不均的過程強(qiáng)化難題。
[0012]本發(fā)明首先是使用旋流板或切線進(jìn)料方式，導(dǎo)引物料氣體(如熱煙道氣等)沿著水平切線方向旋轉(zhuǎn)并螺旋上升，形成第一種氣體旋流；同時(shí)利用施加了動(dòng)能的泵出循環(huán)液從噴嘴噴出時(shí)產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)活動(dòng)噴嘴順氣流方向旋轉(zhuǎn)，霧化旋轉(zhuǎn)噴嘴可將泵出循環(huán)液獲得的勢能轉(zhuǎn)化為推動(dòng)噴嘴和物流旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能以及促進(jìn)液滴進(jìn)一步分散的表面能，追加第二種旋流推動(dòng)力；同時(shí)增加氣液接觸的機(jī)會(huì)，小流量的旋轉(zhuǎn)液霧，可以實(shí)現(xiàn)體系的快速降溫或氣體吸收，使體積驟降形成負(fù)壓，產(chǎn)生第三種旋流拉動(dòng)力。氣體自身的動(dòng)能，液體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)能和體積收縮產(chǎn)生的自身的有效能合力促使流體更強(qiáng)、更快、作用范圍更大的定向旋流運(yùn)動(dòng)，可產(chǎn)生類似龍卷風(fēng)的快速旋流效果，并沿塔體快速螺旋上升，從整體向上運(yùn)動(dòng)方向改變?yōu)槁菪仙\(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)噴頭起到了形成負(fù)壓、促進(jìn)旋流的龍卷風(fēng)眼作用，可以更好地使物系的能量轉(zhuǎn)化為有效能量，強(qiáng)化過程混合，提高效果。此外，帶壓氣體的旋轉(zhuǎn)即使沒有降溫或吸收過程也可以產(chǎn)生龍卷風(fēng)效果。
[0013]當(dāng)設(shè)備的直徑小于旋流氣旋直徑時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的離心旋液效果，可有效除液、除塵，適用于煙道氣等尾氣凈化。因?yàn)?，旋流進(jìn)入的高溫?zé)煹罋庠庥鏊F時(shí)會(huì)迅速降溫，產(chǎn)生龍卷風(fēng)眼，其中夾帶的灰塵、二氧化硫和二氧化氮等在自身動(dòng)力和旋轉(zhuǎn)力推動(dòng)下有更多機(jī)會(huì)與懸浮在體系中霧化的弱堿水充分接觸反應(yīng)或被捕獲，潮濕的環(huán)境和弱堿性的水霧可以顯著消除體系靜電，增強(qiáng)捕捉和沉降灰塵和有害氣體效果?？焖龠\(yùn)動(dòng)的氣液旋流加速和促進(jìn)了比重大的灰塵、液體朝著壁面富集，可顯著增強(qiáng)除霧除塵效果，大大減少夾帶。此外，富含水蒸汽的煙道氣在旋轉(zhuǎn)和冷卻過程中會(huì)冷卻成二次水霧，也可以協(xié)助吸塵和被有效分離。多塔串聯(lián)、多位置和上下方向合理配置的旋噴霧裝置可以進(jìn)一步確保效果。其他有明顯體積收縮或顯著壓差、能形成周邊比中心壓高且可持續(xù)大流量補(bǔ)充氣體的體系，也可以誘導(dǎo)形成沿徑向或軸向的大范圍、長距離類似龍卷風(fēng)的強(qiáng)烈旋流；如果是在溶液中則是旋轉(zhuǎn)噴頭噴出液體的壓力大于周邊物料的壓力。
[0014]當(dāng)設(shè)備的直徑大于旋流氣旋直徑時(shí)，可以有效管控物料，防止壁流和粘壁，顯著增強(qiáng)噴霧干燥、濃縮、余熱利用及接觸反應(yīng)等過程的傳質(zhì)傳熱效果。
[0015]當(dāng)旋轉(zhuǎn)噴頭置入液相中時(shí)，噴出的氣體或液體或氣液混合物產(chǎn)生的反作用力使活動(dòng)噴頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，合適的轉(zhuǎn)速可通過流量、壓力、噴射孔眼大小方位來調(diào)節(jié)，這種借助帶壓物料自身勢能或傳遞過程中泵施加的能量通過旋轉(zhuǎn)噴頭可有效轉(zhuǎn)化成動(dòng)能及表面能，使有效能得到充分利用。借助體系輸入或循環(huán)物料自身動(dòng)能在液相中進(jìn)行物料直接混合模式，同樣可強(qiáng)制形成漩渦般的旋流，比機(jī)械攪拌混合效果更好。旋轉(zhuǎn)噴頭在旋轉(zhuǎn)噴射過程起到旋流發(fā)生源的作用。采用噴射的進(jìn)料方式可有效避免體系的溫度和濃度不均及固體物料沉底，一泵多頭和多位的靈活布置方式可以實(shí)現(xiàn)最好的傳質(zhì)效果。此外，在物料循環(huán)管路上，可根據(jù)需要增加換熱器，由于較快的液體流速可以降低液膜阻力，顯著提高換熱效果。利用物料通過旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)行直接加料及物料直接混合是本發(fā)明不同于傳統(tǒng)機(jī)械攪拌的最大特點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明是一種新型旋流分散裝置，如圖1所示，它主要由容器(1)，旋轉(zhuǎn)噴頭(2)，管路⑶，泵⑷組成，其特征在于:旋轉(zhuǎn)噴頭⑵置于容器⑴內(nèi)，旋轉(zhuǎn)噴頭⑵與泵(4)通過管路(3)連接。其中，容器(I)可以是釜、塔、罐、管、內(nèi)環(huán)流氣升式塔等容器，針對不同體系和不同要求可以選擇不同容器，凡在容器(I)中任何位置裝入旋轉(zhuǎn)噴頭或噴頭(2)進(jìn)行的混合或/和反應(yīng)或/和分離等各種過程強(qiáng)化的技術(shù)和裝置，都屬于本專利權(quán)利要求范圍；旋轉(zhuǎn)噴頭(2)可以是子彈頭形、橄欖形、圓形、方形、長柱形、橫管形及其與小槳葉攪拌的復(fù)合形狀等，適合多種物系、容器和反應(yīng)物料的結(jié)構(gòu)形式，可以在多個(gè)位置、多組安裝，可以置于氣相或/和液相中，使用時(shí)優(yōu)選上端固定，下端旋轉(zhuǎn)，針對不同體系需要可以是無槳葉或小槳葉以滿足轉(zhuǎn)速和混合分散要求。
[0017]此新型旋流分散裝置的特征在于:
[0018]I)、旋轉(zhuǎn)噴頭(2)的噴嘴，噴射孔不限制數(shù)量，但原則上開孔面積總和不超過管的橫截面積；噴射方向可以是任意角度，噴射形式可以是細(xì)孔噴霧、霧化噴嘴、小液流噴射或其組合，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和體系的具體要求合理確定噴射角度。
[0019]2)、泵出物料的流量、壓力和噴頭轉(zhuǎn)速可根據(jù)設(shè)備的尺寸和物料的量靈活調(diào)節(jié)；噴頭轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要選擇不轉(zhuǎn)、高速旋轉(zhuǎn)或者中速旋轉(zhuǎn)，混合效果最佳的轉(zhuǎn)速為30?300轉(zhuǎn)/分；有傾角的噴頭即使不旋轉(zhuǎn)也可以使物系旋轉(zhuǎn)，同樣具有較好的傳質(zhì)效果；如果物料本身就有壓力可以省去泵循環(huán)加壓手段，直接使其從切線方向或/和噴頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)入體系。
[0020]3)、該裝置在用于氣液或/和氣固體系時(shí)，氣體或/和液體進(jìn)入容器(3)的方式可以是選擇切線直接進(jìn)料，最好縮小進(jìn)料口尺寸或/和加裝旋流擋板或/和通過旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)料等多種有利物料旋流的方式。
[0021]4)、該裝置可以通過增加內(nèi)置、外置或夾套換熱裝置或直接或切線或旋轉(zhuǎn)噴頭通入蒸氣等多種移熱或給熱方式平衡溫度，移熱優(yōu)選直接蒸發(fā)方式，給熱優(yōu)選直接通入蒸汽方式，間接換熱優(yōu)選循環(huán)管路上增加換熱器。
[0022]5)、旋流分散裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、通用強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于氣相、液相、氣液、氣固兩相和氣液固三相體系中涉及混合或/和反應(yīng)或/和分離等過程強(qiáng)化的各種裝置中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為旋流分散裝置簡單示意圖。容器(I)，旋轉(zhuǎn)噴頭(2)，管路(3)，泵(4)。
[0024]圖2為氣相龍卷風(fēng)旋流裝置簡單示意圖(氣體切線或?qū)Я靼逍纬梢淮涡?。
[0025]圖3為旋轉(zhuǎn)橫管形噴頭示意圖。
[0026]圖4為旋轉(zhuǎn)子彈頭形噴頭示意圖。
[0027]圖5為旋轉(zhuǎn)三孔射流噴頭示意圖。
[0028]圖6為簡易氣體自旋流裝置示意圖。
[0029]圖7為實(shí)施例1?2，300mm噴霧塔中傳熱效果對比圖，氣體旋流(I)、氣體不旋流⑵。
[0030]圖8為實(shí)施例1?2，300mm噴霧塔中傳質(zhì)效果對比圖，氣體有旋流(I)、氣體不旋流⑵。
[0031]圖9為實(shí)施例3?4，500L容器中旋轉(zhuǎn)噴頭不同條件下攪拌效果對比圖，不旋轉(zhuǎn)(I)、中等旋轉(zhuǎn)速度(2)、快速旋轉(zhuǎn)(3)、不旋轉(zhuǎn)無底部噴嘴(4)。
[0032]圖10為實(shí)施例3?4，優(yōu)選的子彈頭形噴頭不同流量轉(zhuǎn)速進(jìn)料方式下攪拌效率對比圖。
[0033]圖11為實(shí)施例3?4，優(yōu)選的三孔射流噴頭不同轉(zhuǎn)速下攪拌效率對比圖。
[0034]圖12為實(shí)施例3?4，優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)噴頭的攪拌效率對比圖。
[0035]圖9-12中，優(yōu)選子彈頭和兩端頭兩種旋轉(zhuǎn)噴頭，其中:
[0036]1-子彈頭，底部流量小，轉(zhuǎn)速快，外部進(jìn)料，只加200gNaCl的水溶液，電導(dǎo)值較小，值跳躍大，值極不易穩(wěn)定，平衡時(shí)間較長。
[0037]2-子彈頭，底部流量小，轉(zhuǎn)速快，外部進(jìn)料，在加200gNaCl的水溶液的基礎(chǔ)上，再加200gNaCl的水溶液，電導(dǎo)值較大,平衡時(shí)間較短。
[0038]3-子彈頭，底部流量大，噴頭固定不轉(zhuǎn)，外部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0039]4-子彈頭，底部流量大，轉(zhuǎn)速快，外部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0040]5-子彈頭，底部流量小，轉(zhuǎn)速快，內(nèi)部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0041]6-子彈頭，底部流量大，轉(zhuǎn)速快，內(nèi)部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0042]7-子彈頭，底部流量大，噴頭轉(zhuǎn)速較慢(120轉(zhuǎn)/分)，內(nèi)部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0043]8-兩端頭，底部流量小，噴頭轉(zhuǎn)速慢(60轉(zhuǎn)/分)，內(nèi)部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0044]9-兩端頭，底部流量小，轉(zhuǎn)速快，外部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0045]10-兩端頭，底部流量小，轉(zhuǎn)速慢，外部進(jìn)料，同2的NaCl添加量。
[0046]11-機(jī)械攪拌。
[0047]圖13為實(shí)施例5?8，黃磷尾氣冷磷除塵脫氟工段流程示意圖，冷磷塔塔I (I)、冷磷塔塔2 (2)、冷磷塔塔3 (3)、受磷塔(4)。
[0048]圖14為實(shí)施例5?8，黃磷尾氣凈化工段流程示意圖，凈化塔塔I (I)、凈化塔塔2 (2)、凈化塔塔3 (3)。
[0049]圖15為實(shí)施例5?8，黃磷尾氣處理增加擋板和噴頭后冷磷塔示意圖，旋流擋板
(I)、旋轉(zhuǎn)噴頭(2)。
[0050]圖16為實(shí)施例5?8，不同噴淋位置和噴淋組合降溫效果對比圖，頂部噴淋(I)、所有噴頭噴淋(2)、底部和中部噴淋(3)、底部噴淋(4)、中部噴淋(5)、頂部和原來兩組噴頭噴淋(6)。
[0051]圖17為黃磷尾氣處理各塔脫氟效果圖。
[0052]圖18為旋-環(huán)流反應(yīng)精懼裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0053]以下實(shí)施例可以充分說明本發(fā)明對傳質(zhì)、傳熱及反應(yīng)的過程強(qiáng)化效果，包括簡單實(shí)驗(yàn)裝置、放大實(shí)驗(yàn)裝置的效果評價(jià)以及煙道氣中有代表性的黃磷尾氣的凈化裝置改造后的實(shí)際應(yīng)用效果評價(jià)，雖不能完全展現(xiàn)本
【發(fā)明內(nèi)容】
和效果，但也可以充分說明本發(fā)明的先進(jìn)性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
[0054]一、簡單實(shí)驗(yàn)裝置的效果評價(jià)
[0055]實(shí)施例1噴霧塔中氣體旋流與否的傳熱效果比較
[0056]在直徑300mm，高度100mm的塔中用流量為200L/h、61°C的熱水從塔頂部噴淋，60m3/h空氣從塔底部的活動(dòng)導(dǎo)氣管兩端相反方向噴出，氣體的反作用力導(dǎo)致噴氣頭旋轉(zhuǎn)，形成氣體旋流，簡易旋流裝置詳見圖6。
[0057]用同樣溫度的熱水從塔頂霧化噴淋，通過塔頂和塔底收集液體的溫差變化，可以判斷霧化水液滴表面汽化進(jìn)入氣相的趨勢大小，評估傳熱效果。
[0058]如圖7所示，混合氣旋流情況下的溫度下降趨勢明顯大于無旋流情況，在同樣5min循環(huán)噴淋情況下，氣體不旋流的實(shí)驗(yàn)體系中熱水溫度從61°C降到48°C，氣體旋流的實(shí)驗(yàn)體系的熱水溫度從62°C降到42°C ;當(dāng)兩者同時(shí)降到40°C，氣體不旋流的實(shí)驗(yàn)體系需要8min,而氣體旋流的實(shí)驗(yàn)體系只需要6.5min。證明氣體旋流對于對流狀態(tài)下的氣液傳熱也有明顯的提升效果。
[0059]實(shí)施例2噴霧塔中氣體旋流的傳質(zhì)效果比較
[0060]在直徑300mm，高度100mm的塔中用0.1 %濃度，流量為200L/h的NaOH溶液從塔頂部噴淋，CO2 (2% )?空氣混合氣從塔底部的活動(dòng)導(dǎo)氣管兩端相反方向噴出，氣體的反作用力導(dǎo)致噴氣頭旋轉(zhuǎn)，形成氣體旋流，簡易旋流裝置詳見圖6。
[0061 ] 用同樣濃度相同的初始電導(dǎo)值的NaOH溶液從塔頂霧化噴淋，通過測量塔底收集液體的電導(dǎo)值變化，根據(jù)有氣體旋流和氣體不旋流CO2 (2% )?空氣混合氣與堿反應(yīng)的電導(dǎo)值變化，可以判斷氣體旋流與否在液膜控制情況下的傳質(zhì)提升效果。
[0062]如附圖8所示，混合氣旋流情況下的電導(dǎo)值下降趨勢明顯快于氣體不旋流的情況。在氣量為40m3/h時(shí),氣體不旋流的電導(dǎo)穩(wěn)定值在4.95,氣體旋流后的電導(dǎo)穩(wěn)定值在
4.84 ;在氣量為100m3/h時(shí),氣體不旋流發(fā)生器的電導(dǎo)穩(wěn)定值在4.63,氣體旋流情況下的電導(dǎo)穩(wěn)定值在4.52。
[0063]實(shí)施例3攪拌性能效果評價(jià)
[0064]在直徑1500mm，高度100mm的容器中裝入清水500L，旋轉(zhuǎn)噴頭與泵的出口管連接置于溶液中，泵的入口管置于溶液中，可進(jìn)行物料循環(huán)，通過調(diào)節(jié)泵的壓力和流量可改變轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)噴頭噴射距離，優(yōu)化混合效果。對比實(shí)驗(yàn)的機(jī)械攪拌機(jī)裝在容器頂部，三葉旋槳式攪拌槳通過攪拌軸置于溶液中的相同位置。
[0065]通過在相同體積水中從上部或噴頭內(nèi)部加入相同溶度NaCl溶液，測量任意點(diǎn)的電導(dǎo)值變化趨勢和平衡時(shí)間，可以很好地判斷各種對比情況下混合效果。
[0066]用相同功率的機(jī)械攪拌和泵，在同樣體積的容器中，用不同的噴頭(子彈頭形噴頭和三孔流射噴頭)、轉(zhuǎn)速、進(jìn)料方式、底部噴射和不噴射，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9?12所示。可以看出射流噴淋在合適的轉(zhuǎn)速下從噴淋頭內(nèi)進(jìn)料加大噴淋量的混合效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于機(jī)械攪拌，同時(shí)其他模式的噴淋效果都有不俗的表現(xiàn)，無論是上部加料和內(nèi)部加料都能很快接近平衡值，而機(jī)械攪拌波動(dòng)值卻很大(有較深的漩渦)，這與其周向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的混合效果不高有關(guān)。而噴射混流混合，表面漩渦不明顯，說明其能量更多地轉(zhuǎn)變成徑向和軸向運(yùn)動(dòng)，更有利于物料的有效混合。
[0067]實(shí)施例4不同介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)噴頭的噴射半徑評價(jià)
[0068]優(yōu)選的噴頭，如圖3?5所示，邊緣小孔直徑為1.5mm，小孔總面積約為37.5mm2,底部噴嘴的開口面積為25mm2，噴嘴管路有彎頭3個(gè)，噴頭底部距離地面400mm，保持泵功率和桶內(nèi)水位500mm不變，分別在空氣和在水中噴射，測量其噴射半徑。
[0069]測量結(jié)果如表I所示,在1.3公斤壓力下，空氣中噴射半徑為175cm，水中噴射半徑為60cm ;在1.1公斤壓力下,空氣中噴射半徑為163.5cm,水中噴射半徑為50cm ;在0.3公斤壓力下，空氣中噴射半徑為112cm，水中噴射半徑為35cm。可作為攪拌混合設(shè)計(jì)的參考，根據(jù)噴射半徑和流量，可以確定合理的壓力。
[0070]表I不同介質(zhì)中旋轉(zhuǎn)噴頭的噴射半徑
[0071]
BJj空氣中噴射半徑(cm)~水中噴射半徑(cm)
1.3公斤壓力17560
1.1公斤壓力|163.5[50
0.3公斤壓力Τ?235
[0072]因此，進(jìn)一步優(yōu)化壓力和流量，旋轉(zhuǎn)噴頭的混合效果還可以表現(xiàn)更好。
[0073]二、尾氣凈化裝備改造實(shí)施效果評價(jià)
[0074]本實(shí)施例的具體技術(shù)方案為:在原有的水除塵裝置中取消麻石等輔助填料，利用原有的設(shè)備采取一個(gè)或多個(gè)噴霧塔串聯(lián)的模式進(jìn)行除塵脫硫。在煙道氣入口處增設(shè)與處理塔弧度相匹配的弧形導(dǎo)流板，引導(dǎo)煙道氣切向進(jìn)入脫硫洗塔，根據(jù)具體情況和要求可在每一段除塵塔底部、中部、上部(或每隔3-5m)安裝一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)噴嘴，脫硫液通過噴嘴噴出，噴嘴依靠噴水時(shí)產(chǎn)生的反沖力自動(dòng)旋轉(zhuǎn)(在壓力為5公斤，流量為3m3/h的情況下，轉(zhuǎn)速可達(dá)300r/min以上)。安裝導(dǎo)流板雖然使氣體出口橫截面縮小20 %?80 %，煙道氣進(jìn)口后急速冷卻形成的負(fù)壓會(huì)增加氣體流速，實(shí)際情況也證明合理設(shè)置旋流導(dǎo)流板不會(huì)導(dǎo)致氣流不暢，旋流導(dǎo)流板的安裝如圖15所示。
[0075]液體在噴頭的高速旋轉(zhuǎn)作用下直接撞擊塔壁，形成水霧，高溫氣體體積迅速收縮形成負(fù)壓，不斷大量補(bǔ)充的氣體產(chǎn)生了類似龍卷風(fēng)眼旋流中心，補(bǔ)充的氣流不斷推動(dòng)氣體沿水平切線方向螺旋上升，改變了氣流原來垂直向上的方向，噴射的水霧可以充分地捕捉夾帶的固體和有害氣體雜質(zhì)，并在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，快速運(yùn)動(dòng)的氣液旋流加速和促進(jìn)了比重大的灰塵、液體朝著壁面富集，可顯著增強(qiáng)除霧除塵效果。充分霧化的水可以較長時(shí)間懸浮在快速旋流的氣體中，能夠顯著提高降溫和換熱效果。
[0076]在反應(yīng)、噴霧干燥、濃縮及吸收等各種體系中，同樣可以利用上述原理，根據(jù)需要設(shè)計(jì)出高效節(jié)能裝備，大幅提高反應(yīng)及分離過程的傳質(zhì)傳熱效果。
[0077]實(shí)施例5黃磷尾氣凈化的實(shí)際應(yīng)用效果評價(jià)
[0078]黃磷生產(chǎn)主要包括配料工段、反應(yīng)工段、冷磷工段、尾氣凈化工段和黃磷精制工段。其中，冷磷工段(如圖13所示)一般由三個(gè)冷磷塔(1-3)串聯(lián)，冷磷水從塔頂進(jìn)行噴淋冷磷，冷凝的黃磷直接流入底部受磷槽中。反應(yīng)爐氣經(jīng)過第一個(gè)冷磷塔后溫度從140?150°C下降到65°C左右，經(jīng)過第二塔后溫度從65°C下降到45°C左右，經(jīng)過第三個(gè)塔溫度從45°C下降到30°C左右。尾氣凈化工段(如圖14所示)一般也是由三個(gè)串聯(lián)的洗滌塔(I?3)組成，可利用水/化學(xué)試劑對尾氣進(jìn)行噴淋洗滌凈化。
[0079]進(jìn)塔流量為3200Nm3/h，溫度約為140°C，塔徑2米，塔高14米，在塔底氣體入口處裝有導(dǎo)流板，開口截面積為氣體管道截面積的70%，塔底裝有I個(gè)6m3/h流量的旋轉(zhuǎn)噴嘴，方向朝上；塔中部裝有2個(gè)3m3/h流量的旋轉(zhuǎn)噴嘴，方向一個(gè)朝上，一個(gè)朝下；塔頂裝有I個(gè)3m3/h旋轉(zhuǎn)噴嘴，方向朝下。
[0080]通過連續(xù)10天分析塔頂?shù)姆蹓m含量、磷含量、溫度變化和脫硫效果，在液體流量較低或基本不變的情況下，旋流塔可以顯著提高凈化和降溫效果，特別是對粉塵的脫除效果顯著，具體分析結(jié)果見實(shí)施例6-9。
[0081]實(shí)施例6黃磷尾氣除塵效果評價(jià)
[0082]黃磷副產(chǎn)尾氣的主要成分為一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、磷化氫和氟化硅等。每4t、140°C黃磷尾氣會(huì)帶出It黃磷蒸汽，還夾帶大量氧化鈣、氧化硅粉塵。該體系是氣液固三相的復(fù)雜體系，考察旋流塔對其凈化效果更具代表性。10天連續(xù)跟蹤和現(xiàn)場監(jiān)測PM2.5和PMlO的結(jié)果表明，改進(jìn)后的旋流塔，特別是塔I的除塵效果顯著，經(jīng)塔I處理后的尾氣，PMlO在lmg/m3以下(PM2.5的含量占PMlO的一半，表明粒徑越小越難脫除)，經(jīng)過其他塔脫塵后的PMlO數(shù)據(jù)大約再降低一半，其脫除效果遠(yuǎn)不及塔I，充分證明旋流效果強(qiáng)的塔I的除塵效果明顯。僅塔I的除塵效果已經(jīng)遠(yuǎn)低于國家最高的粉塵允許排放標(biāo)準(zhǔn)。凈化后的尾氣經(jīng)燃?xì)忮仩t燃燒后，其排出的氣體的PM1也僅在lmg/m3左右，相對穩(wěn)定。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測的PMlO環(huán)境數(shù)據(jù)受溫度、風(fēng)、雨影響很大，有時(shí)高于或有時(shí)低于測定值。
[0083]實(shí)施例7黃磷尾氣洗磷效果評價(jià)
[0084]該裝置每小時(shí)黃磷產(chǎn)能為1.2t，產(chǎn)生4000Nm3黃磷尾氣，磷蒸汽遇冷水變成液態(tài)的磷，被水沖洗到塔底受磷槽。塔I頂部夾帶磷化物的量多次測定結(jié)果低于lg/m3，因此塔I頂部尾氣帶出的黃磷量最多為lg/m3左右，所以每小時(shí)帶出量僅為4kg，可見大于99.6%的黃磷可在第一個(gè)旋流塔中被充分收集。脫磷效果也從側(cè)面證明了旋流塔的高效除液性能。
[0085]實(shí)施例8黃磷尾氣不同噴淋位置和噴淋組合的降溫效果評價(jià)
[0086]氣體溫度為140°C、每分鐘流量50Nm3以上的黃磷尾氣在塔I中同時(shí)或單獨(dú)用塔底、塔中或塔頂噴嘴，用液氣比為1/1000?2/1000噴淋液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)噴淋的情況下，塔I底部的溫度可以迅速被降溫到55°C左右，塔I頂部溫度可以被降低到40°C左右，通過塔2、塔
3、塔4后的溫度只下降10°C，降到30°C左右?？梢姡禍睾陀酂崂弥饕谒?，特別是旋流最劇烈的塔I底部，溫度可驟降85°C左右，到塔頂可再降15°C左右。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，只用6m3/h液量的單獨(dú)使用底部或中部噴嘴，就有很好的降溫效果，特別是單獨(dú)使用中部噴嘴的效果最佳。因此，在煙道氣進(jìn)口的上部適當(dāng)位置安裝上下旋流噴嘴，只需要很少的噴液量效果最佳，大流量和多噴嘴的換熱效果不一定能取得最好的降溫效果。不同安裝位置和噴淋組合下的溫度變化數(shù)據(jù)可參見圖16。因?yàn)榻禍胤鹊拇笮∧軌蚍磻?yīng)液體的分散、旋流和氣液的充分混合狀況，這說明了氣體旋流裝置誘導(dǎo)了氣體的旋流，而旋轉(zhuǎn)噴嘴產(chǎn)生水霧可以有效冷卻黃磷蒸汽并迅速蒸發(fā)降溫，產(chǎn)生類似龍卷風(fēng)眼的降溫和負(fù)壓作用。這一結(jié)果可以推廣到有較大體積變化的煙道氣凈化、化工吸收、冷凝、反應(yīng)和蒸發(fā)濃縮等余熱利用過程。
[0087]實(shí)施例9黃磷尾氣脫氟效果評價(jià)
[0088]由于磷礦石主要以氟磷酸鈣的形式存在，在還原成黃磷的過程中，氟以四氟化硅或氟化氫的形式隨黃磷尾氣帶出，尾氣中氟化物含量高達(dá)0.5?2g/m3。氟化硅可水解，但現(xiàn)有設(shè)備未能很好地使氟化硅水解，導(dǎo)致整個(gè)送氣管道堵塞，作為燃料氣，會(huì)導(dǎo)致鍋爐的結(jié)垢和腐蝕，作為原料氣導(dǎo)致催化劑的中毒和表面覆蓋而失活。因此，氣體在塔內(nèi)的2分鐘左右停留時(shí)間內(nèi)盡可能除掉氟化物是黃磷尾氣資源化的另一個(gè)關(guān)鍵。利用氟化硅與水反應(yīng)生成氟化氫，生成的氟化氫可以與溶液中的鈣鹽生成難溶于水的氟化鈣，被水洗入受磷槽，從而除去絕大部分氟化物。旋流塔作為高效反應(yīng)器可保持氣液充分接觸和較高反應(yīng)溫度，促進(jìn)高溫?zé)煹罋夂挽F化的水蒸汽在短時(shí)間內(nèi)充分反應(yīng)有效脫氟。10天連續(xù)跟蹤和現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明脫氟效果極佳，數(shù)據(jù)如下:
[0089]平均含氟量為lg/m3左右的黃磷尾氣，140°C左右的尾氣通過塔I的有效接觸和旋流充分反應(yīng)可以去掉50%以上的氟，通過塔2到塔7進(jìn)一步脫氟后，氟的含量會(huì)降調(diào)30mg/m3左右，氟的脫除率大于97%，各塔脫氟效果如圖17所示。說明旋流塔也是個(gè)高效的氣液反應(yīng)器。
[0090]三、煙道氣脫硫效果評價(jià)
[0091]為了進(jìn)一步驗(yàn)證旋流分散裝置的效果，我們另外進(jìn)行了燃煤鍋爐中二氧化硫脫除效果評價(jià)。
[0092]實(shí)施例10燃煤鍋爐煙道氣脫硫效果評價(jià)
[0093]在4t的燃煤鍋爐中進(jìn)行了雙堿法脫硫?qū)嶒?yàn)。相關(guān)條件和結(jié)果如下:
[0094]煙道氣流量55000Nm3/h，煙氣溫度180°C，進(jìn)口 SO2濃度為2000mg/Nm3。塔徑1.2m，塔高9m，液氣比為2/1000，脫硫液為飽和石灰水和I %的氫氧化鈉的混合液。改造前脫硫效率為90%，出口硫含量在200mg/Nm3，改造后脫硫率在95%左右，出口硫含量小于10mg/Nm3。說明旋流塔也能有效提聞脫硫效率。
[0095]四、改進(jìn)的環(huán)流式高效反應(yīng)裝備的應(yīng)用效果評價(jià)
[0096]三氯化磷通常采取間歇式生產(chǎn)模式，采取先氯化生成大部分三氯化磷后，再通入剩余的氯同時(shí)蒸出合格三氯化磷的間歇生產(chǎn)方式，三氯化磷反應(yīng)放出的熱量90%以上是通過蒸發(fā)三氯化磷從塔頂移走的，由于反應(yīng)釜中傳質(zhì)傳熱效率差，氯氣容易反應(yīng)不完全，存在黃磷夾帶、過量氯氣產(chǎn)生五氯化磷等影響產(chǎn)品品質(zhì)的問題，為保證移熱效果和產(chǎn)品品質(zhì)，不得不采取控制通氯速度，間歇通氯和采出，大回流比回流的低效生產(chǎn)方式，盡管裝置龐大，洗滌磷塔直接達(dá)到1200mm，但單套產(chǎn)能均只有10000噸/年左右，一直采用多套重復(fù)的擴(kuò)能模式，生產(chǎn)波動(dòng)大，控制難度大，跑冒滴漏等安全隱患更多。
[0097]內(nèi)環(huán)流式漿態(tài)床反應(yīng)塔是一種較為理想的氯化反應(yīng)設(shè)備，其大的高徑比、有效的氣液的環(huán)流可以顯著增加氣液傳質(zhì)效率。但發(fā)現(xiàn)，通過漿態(tài)床反應(yīng)塔和洗磷塔相結(jié)合的中試試驗(yàn)結(jié)果表明，新裝置雖能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，但產(chǎn)能提升有限。提高通氯速度后，產(chǎn)品中的五氯化磷含量會(huì)顯著增加，因此，單使用漿態(tài)床反應(yīng)塔和洗磷塔相結(jié)合的簡單裝備組合的方式還不理想。為此，我們將從導(dǎo)流筒內(nèi)下部向上通氯的方式改成了從反應(yīng)塔外沿導(dǎo)流筒下部切線水平方向通氯方式，同時(shí)也使泵入的冷凝循環(huán)液在同一水平同方向上切線進(jìn)入導(dǎo)流筒外側(cè)，噴入反應(yīng)塔外環(huán)流區(qū)域的氣液的動(dòng)能可以制造出強(qiáng)烈的旋流，這種沿導(dǎo)流筒外側(cè)旋流螺旋上升的氣液物料到達(dá)導(dǎo)流筒頂部后，部分三氯化磷汽化冷凝回流和采出，其余液體物料繼續(xù)沿導(dǎo)流筒內(nèi)回流至塔底的外環(huán)流循環(huán)物料模式，可以大大強(qiáng)化氣體分散和氣液混合，大幅增加有效接觸機(jī)會(huì)及停留時(shí)間，可以更有效的促使氯氣在液相和氣相中完全反應(yīng)，減少原料和副產(chǎn)物被大量汽化的三氯化磷氣體夾帶，通過洗磷塔填料段回流的三氯化磷可以將其不斷帶回體系，更好的保證采出三氯化磷的品質(zhì)(參見圖18)。
[0098]實(shí)施例11新型旋-環(huán)流反應(yīng)器應(yīng)用于三氯化磷的中試驗(yàn)證
[0099]為了驗(yàn)證本發(fā)明，利用企業(yè)原有供氯供磷裝置和公用工程系統(tǒng)，在直徑為300mm的旋?環(huán)流-氯化?精餾塔及其配套裝備上進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)的驗(yàn)證。
[0100]按圖18的裝置進(jìn)行三氯化磷的連續(xù)化中試驗(yàn)證。順序如下:①融磷，準(zhǔn)備好液氯汽化，然后加入三氯化磷350升(約合550公斤)作為母液，然后將三氯化磷加熱到40°C以上，②向塔內(nèi)加入底磷30公斤，然后升溫回流，直到塔頂回流冷凝液澄清透明，③開啟液氯汽化器、液氯鋼瓶開始進(jìn)行液氯汽化，待緩沖罐壓力達(dá)到0.05MPa時(shí)，開始以每小時(shí)60公斤的速度向塔內(nèi)通入氯氣，同時(shí)，將黃磷的流量設(shè)定為每小時(shí)9公斤的速度，連續(xù)加入塔內(nèi)，氯氣和三氯化磷中的黃磷發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱將三氯化磷蒸出，三氯化磷蒸汽進(jìn)入塔頂冷凝器，經(jīng)冷凝后，大部分回流到塔內(nèi)，剩余部分作為三氯化磷成品進(jìn)行采集，裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，逐步同時(shí)提聞通氣和加憐速度，當(dāng)通氣速度達(dá)到每小時(shí)100公斤左右時(shí)，開啟中間換熱循環(huán)泵，塔側(cè)換熱器，將反應(yīng)熱從塔中移走以減小三氯化磷蒸發(fā)量，裝置通氯速度從每小時(shí)30公斤，逐步提高，最高到每小時(shí)350公斤時(shí)還可以采出合格的產(chǎn)品，已經(jīng)相當(dāng)于年產(chǎn)3600噸三氯化的產(chǎn)能，比間歇式裝備生產(chǎn)能力提高了 16倍⑤通過調(diào)節(jié)塔側(cè)換熱器冷卻水大小，調(diào)節(jié)回流比，使回流比不低于1: 1，⑥切換液氯汽化的熱源，將塔側(cè)換熱器循環(huán)水的出水供給液氯汽化器作為液氯汽化的的熱源。
[0101]過程中，在不同通氯速度下，定期記錄裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對產(chǎn)品進(jìn)行取樣化驗(yàn)，部分記錄數(shù)據(jù)及化驗(yàn)結(jié)果如下表(表1-1)所示:
[0102]表2、不同通氯速度下三氯化磷連續(xù)化中試裝置記錄表:
[0103]
三氯化磷連中試試_數(shù)據(jù)—
____________旋?環(huán)流-氯化?精餾塔塔側(cè)換熱器塔頂冷凝器成品采集
lM 置速丨.1.'.I I ■III—
度壓力溫度巧:.rrr? r[|7-成品分析--Y--1-Γ-1--水進(jìn)循環(huán)換熱器--
反應(yīng)水溫水箱出口物循環(huán)出回流液采集速
速度塔頂塔中塔頂塔中段_塔底液位度溫度料溫度水溫度溫度度含量游離磷
ks/min MPa MPa 0C °C °C °C mm O °C °C cC °C kg/min % ppmI 0 0 63.5 82.3 84.9 85 2019 27.5 30 81.7 27 29.1 2 3 99 19 2.3
10 0 75.9 85.7 88.2 87.5 1909 27.5 29 80.8 27 29.6 χ 3 99 03 2.5
1.50__0 29.5 77.5 78.6 83.7 2560 29 35 69.1 33 24.8 1.5 99.21 3,7
1.50__0 68.3 80.6 77.5 84.3 2552 29 35 73.9 33 24.8 1,8 99.09 3.4
20__0 68.4 80.2 81.4 78.5 2399 21 39 72.8 30 21 2.5 99.15 4.1
2Q__Q 75.1 80.6 82.9 80.2 2158 21 39 74 30 21 2.5 99.12 2.7
2.50 0 79.5 82.6 88.2 84.2 1973 21 50 73.6 32 23 3.5 99.39 5.1
2.50 0 79.2 80.2 85.7 81,2 1934 21 50 69.2 32 22.7 3.5 99.69 4.7
30__0 79.7 84.7 89.1 87.I 1126 29 50 65.I 31.3 21.5 4 99.54 4.1
30__0 79.7 84.5 89 86.9 1225 29 50 65.1 31.2 22 4 99.27 3.7
3.50 0 79.3 85.5 89.4 88.1 1391 25 49 68.2 36 31.8 4.6 99.01 6> 1
3.50 0 79.4 83.7 88.1 86.2 1356 24 50 68.3 36 32 4 6 99.02 4< i
40.01 0.03 79.4 82.2 82.3 84,5 1240 28 52 62.5 31 33 5 99,14 6.5 4 l0.Qllo, 031 79.6|δ2.9| 87.5 I 85, 4 I 1154 1 28 I 52 I 62.9 31 I 32.6 I 5 98.68 I 5.4
[0104]氯氣從內(nèi)導(dǎo)筒外部切線進(jìn)入，形成外旋-環(huán)流，液體從內(nèi)導(dǎo)流筒上部通過導(dǎo)流筒不斷循環(huán)進(jìn)入塔底。同樣的裝置(參見圖18)如果采用直接從內(nèi)導(dǎo)流筒下部將氯氣通入反應(yīng)混合液的普通內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器模式，氯氣通入量超過0.5kg/min產(chǎn)品就不合格了?？梢?，利用外旋流?環(huán)流反應(yīng)精餾裝置可以使合成三氯化磷效率比環(huán)流反應(yīng)器效率提高8倍左右。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及一種新型旋流分散裝置，它主要由容器(I)，旋轉(zhuǎn)噴頭(2)，管路(3)，泵(4)組成，其特征在于:旋轉(zhuǎn)噴頭(2)置于容器⑴內(nèi)，旋轉(zhuǎn)噴頭⑵與泵⑷通過管路(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流分散裝置，其中，容器(I)可以是釜、塔、罐、管、內(nèi)環(huán)流氣升式塔等容器，針對不同體系和不同要求可以選擇不同容器，凡在容器(I)中任何位置裝入旋轉(zhuǎn)噴頭或噴頭(2)進(jìn)行的混合或/和反應(yīng)或/和分離等各種過程強(qiáng)化的技術(shù)和裝置，都屬于本專利權(quán)利要求范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流分散裝置，其中，旋轉(zhuǎn)噴頭(2)可以是子彈頭形、橄欖形、圓形、方形、長柱形、橫管形及其與小槳葉攪拌的復(fù)合形狀等，適合多種物系、容器和反應(yīng)物料的結(jié)構(gòu)形式，可以在多個(gè)位置、多組安裝，可以置于氣相或/和液相中；使用時(shí)優(yōu)選上端固定，下端旋轉(zhuǎn)，針對不同體系需要可以是無槳葉或小槳葉以滿足轉(zhuǎn)速和混合分散要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋流分散裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)噴頭(2)的噴嘴，噴射孔不限制數(shù)量，但原則上開孔面積總和不超過管的橫截面積；噴射方向可以是任意角度，噴射形式可以是細(xì)孔噴霧、霧化噴嘴、小液流噴射或其組合，可根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和體系的具體要求合理確定噴射角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流分散裝置，其特征在于:泵出物料的流量、壓力和噴頭轉(zhuǎn)速可根據(jù)設(shè)備的尺寸和物料的量靈活調(diào)節(jié)；噴頭轉(zhuǎn)速可以根據(jù)需要選擇不轉(zhuǎn)、高速旋轉(zhuǎn)或者中速旋轉(zhuǎn)，混合效果最佳的轉(zhuǎn)速為30?300轉(zhuǎn)/分；有傾角的噴頭即使不旋轉(zhuǎn)也可以使物系旋轉(zhuǎn)，同樣具有較好的傳質(zhì)效果；如果物料本身就有壓力可以省去泵循環(huán)加壓手段，直接使其從切線方向或/和噴頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)入體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流分散裝置，其特征在于:該裝置在用于氣液或/和氣固體系時(shí)，氣體或/和液體進(jìn)入容器(3)的方式可以是選擇切線直接進(jìn)料，最好縮小進(jìn)料口尺寸或/和加裝旋流擋板或/和通過旋轉(zhuǎn)噴頭進(jìn)料等多種有利物料旋流的方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流分散裝置，其特征在于:該裝置可以通過增加內(nèi)置、外置或夾套換熱裝置或直接或切線或旋轉(zhuǎn)噴頭通入蒸氣等多種移熱或給熱方式平衡溫度，移熱優(yōu)選直接蒸發(fā)方式，給熱優(yōu)選直接通入蒸汽方式，間接換熱優(yōu)選循環(huán)管路上增加換熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流分散裝置，其特征在于:旋流分散裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、通用強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于氣相、液相、氣液、氣固兩相和氣液固三相體系中涉及混合或/和反應(yīng)或/和分離等過程強(qiáng)化的各種裝置中。
【文檔編號(hào)】B01D50/00GK104128106SQ201310156321
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月2日
【發(fā)明者】翁慧超, 尹應(yīng)武, 吳延慶, 賴永華, 李大川, 崔建斌, 嚴(yán)格, 鮑偉超, 王泉, 葉李藝, 趙玉芬 申請人:廈門大學(xué)