CN101058012A - 连续制取co2气的灭火装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的连续制取CO₂气的装置，其包括一个二氧化碳发生罐，在其上顶部罐壁上设有一碳酸氢铵进料口，在该进料口上设有一漏斗装置，在该罐的下底部开设进料孔和排污孔，在进料孔中密封地插入硫酸进料管，在该进料管上设有阀门，在进料管罐内的端部密封地连接一布料管，在该布料管的管壁上设有若干布料孔；还有一夹套，其固设在二氧化碳发生罐的罐体上，在二氧化碳发生罐的上顶部的夹套上开设有碳酸氢铵加料口，其与漏斗装置的孔上下正对，所述夹套的最下端开设硫酸排出口，其上设硫酸输送管与二氧化碳发生罐上的硫酸进料管相连接。本装置结构紧凑、体积小、重量轻，操作简单、安全。

Description

连续制取CO2气的灭火装置

技术领域

本发明涉及一种制取CO₂的装置，属于灭火设备，尤其是一种通过化学方法连续制取CO₂气的灭火装置。

背景技术

现有技术中大量使用二氧化碳灭火的应用中往往使用CO₂高压储气瓶，其缺点是储气量有限，高压危险，使用不方便，尤其是针对煤矿井下煤炭自燃火灾灭火以及其它需要大量CO₂灭火剂场合的扑灭不适合。

现有技术中也有使用以化学方法连续制取CO₂装置进行灭火的，例如公开号为CN1107642C的发明专利公开了一种连续制取二氧化碳的设备。其特征是：1)设置两个独立的容器，一个硫酸容器，一个二氧化碳发生罐。2)通过压力平衡管联接两个容器，在使用中于二氧化碳发生罐中盛放碳酸氢铵。3)通过阀门、管路连接两个容器。4)硫酸装料口设置在硫酸容器上。4)碳酸氢铵装料口设置在二氧化碳发生罐上。5)压力表、安全阀设置在二氧化碳发生罐的罐体上的中端。6)气体输出阀设置在二氧化碳发生罐罐体的上端，残留物排料口设置在二氧化碳发生罐的罐体下端。

其存在的缺点是：1)结构复杂，管路、阀门过多。2)设备高度过高、体积过大、重量过重，不利于运输使用。3)由于采用的化学反应比较剧烈，没有控制装置，操作的安全性、稳定性不易掌握，产气的连续性不能保证。4)产气过程会产生压力并使用浓硫酸，而设备承压措施、防腐措施远远不够，一旦发生爆炸或者硫酸泄露会对操作人员造成严重伤害。

发明内容

本发明的目的是改进现有技术的缺陷，针对上述的问题，提供一种结构紧凑、体积小、重量轻，操作简单、安全的通过化学方法连续制取CO₂气的灭火装置，其尤其适用于工矿企业灭火及公安消防，可以根据不同地点、不同条件下的二氧化碳量的需求，例如火灾情况及灭火要求，快速、稳定、安全、灵活、方便地连续制取CO₂，机动性能好、安全性高、可操作性强。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的连续制取CO₂气的装置包括：

一个二氧化碳发生罐，在该罐的罐体的上顶部罐壁上设有一碳酸氢铵进料口，在该进料口上设有一漏斗装置，其是在所述进料口的周围设有一高于罐壁外表面的侧壁形成漏斗，在该罐的下底部罐体壁上开设进料孔和排污孔，在所述进料孔中密封地插入硫酸进料管的一段，在该进料管伸进罐内的端部密封地连接一布料管，在该布料管的管壁上设有若干布料孔，在所述排污孔上连接的排污管上设置阀门；

一个夹套，其密封地固设在所述二氧化碳发生罐的罐体上，该夹套从二氧化碳发生罐的顶部向下覆盖在其外面，该夹套的最下端与二氧化碳发生罐的下底部之间具有一个高度差，在相对于二氧化碳发生罐的上顶部的所述夹套上开设有碳酸氢铵加料口、硫酸加料口和CO₂排出口，各开口上设有接管或启闭密封盖；所述碳酸氢铵加料口与所述二氧化碳发生罐上的所述漏斗装置的孔上下正对开设，该加料口的孔径小于所述漏斗装置的孔径；在所述夹套的最下端开设硫酸排出口，其上密封地设置硫酸输送管与所述二氧化碳发生罐上的硫酸进料管相连接。

在所述硫酸输送管或硫酸进料管上设有阀门。

在本发明提供的连续制取CO₂气的装置中制取二氧化碳的方法是：通过夹套上设置的硫酸加料口将浓硫酸加入夹套中，通过夹套上的碳酸氢铵加料口和与之正对的二氧化碳发生罐上的漏斗装置在罐内加入糊状的碳酸氢铵；开启硫酸进料管上的阀门，夹套中的浓硫酸进入二氧化碳发生罐中，进行如下反应：

H₂SO₄+2NaHCO₃→Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O

产生的CO₂从漏斗装置进入夹套中，这时，开启夹套上的CO₂排出口上接管的阀门，即可源源不断地输出二氧化碳。

在相对于二氧化碳发生罐的上顶部的所述夹套上还开设连接压力表和安全阀的接管口。

所述二氧化碳发生罐最好为卧式罐。这样，可以降低设备高度，在设备需要移动时，比立式容器更平稳。

所述夹套上的所述硫酸排出口最好设置两个，其上的硫酸输送管都连接到二氧化碳发生罐上的硫酸进料管上。在两个所述硫酸输送管上分别设有阀门。

所述夹套的最下端最好设于卧式二氧化碳发生罐的水平中心线附近，即夹套覆盖罐体的上部一半。

如果选择夹套覆盖罐体上半部分的一小部分，则夹套容积不够，不利于承担储料、排气的任务。考虑到设备可能要倾斜放置，为避免硫酸通过漏斗直接进入到容器中，所以要保证夹套足够的容积。

如果选择夹套覆盖到罐体的下半部分，当然可以增加夹套容积，增加本装置的硫酸储料容量，但是，由于夹套上的硫酸排出口和与之相连的布料管之间的高度差会过低，无法使夹套中的硫酸全部顺畅的输入罐中。这是因为所述高度差是硫酸进入容器的动力，要使硫酸从夹套到布料管流入罐内，布料管的位置要低于夹套的最低点。另外，为了防止罐中的反应生成物将布料管的布料孔堵塞，应使得布料管至于罐内碳酸氢铵物料的料面上面，即布料管距容器底部内壁的高度必须高于容器内物料的高度，这样，如果夹套的最下端过于靠下，硫酸排出口和布料管之间的高度差将更小，以至于布料管无法布置，同时选择夹套覆盖到罐体的下半部分会增加设备重量。比较好的是：夹套上硫酸排出口与罐体内布料管之间的高度差应控制在：所述硫酸排出口相对于罐体的底部的高度为H，布料管相对于罐体的底部的高度为h，则h＝(0.4-0.6)H。如果该高度差太大，会在管路中残存太多硫酸，如果高度太小，则不能满足布料管位置的要求。

为了保证夹套与二氧化碳发生罐的容积匹配，夹套容积和容器容积比的一个优选方案是，夹套容积和容器容积的比例为1/7.5～1/5。

所述二氧化碳发生罐的罐体上的加料口内径与所述夹套上的碳酸氢铵加料口内径的比例为(1.3～1.5)∶1。

二氧化碳发生罐上的漏斗可以设计成锥形，即所述侧壁为上端口径大于下端口径的锥形通道，该漏斗也可以是大口型，即侧壁为形成的通道是阶梯形的，上段为较大口径的直筒状通道，下段为较小口径的直筒状通道。所述侧壁与夹套内壁之间的间隙为5～10mm。

如果漏斗为锥形或大口型的，则所述二氧化碳发生罐的罐体上的加料口最大内径与所述夹套上的碳酸氢铵加料口内径的比例为(1.3～1.5)∶1。

在一个优选技术方案中，可以使得所述夹套上的碳酸氢铵加料口与罐体上的漏斗都做成圆形截面的通道，且圆心重合。

为了防止罐内布料管上的布料孔被物料，尤其是生成物堵塞，所述布料管上的布料孔设置在布料管朝上最多半个圆周上。制取二氧化碳气时，浓硫酸从布料管的向上的布料孔中冒出，然后向下滴落在布料管下面的碳酸氢铵上，反应制气。

本发明提供的连续制取CO₂气的装置和现有同类设备相比具有以下优点：

1、实现了设备一体化，将现有技术中的硫酸储罐和碳酸氢铵罐变成一个二氧化碳发生罐和覆盖上罐体上的夹套，尤其是漏斗结构的设计，使布局结构更加紧凑，从而使设备的总体尺寸缩小，因此，设备重量大大降低，更便于灵活操作。其可以根据不同地点、不同条件下的二氧化碳量的需求，例如火灾情况及灭火要求，快速、稳定、安全、灵活、方便地连续制取CO₂，机动性能好、安全性高、可操作性强。当煤矿井下发生火灾时，可以方便地将本装置推下井，接近火灾现场，而其中的夹套结构又可以保证足够的硫酸携带量，满足灭火的需求。

2、罐体中的滴加式布料装置，使在碳酸氢铵上滴加的硫酸分布更均匀，反应更平稳，也利于设备防腐。

3、布料装置上增加防止硫酸进入过快的缓冲装置，使产气更加平稳、连续、安全。

4、采用硫酸的双进料管，更利于控制反应速度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明提供的连续制取CO₂气的灭火装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的具体特征及技术手段，

本发明提供的连续制取CO₂气的装置包括：

一个二氧化碳发生罐10，在该罐的罐体的上顶部罐壁上设有一碳酸氢铵进料口，在该进料口上设有一漏斗装置5，其是在进料口的周围设有一高于罐壁外表面的侧壁形成漏斗，在该罐的下底部罐体壁上开设进料孔和排污孔，在所述进料孔中密封地插入硫酸进料管1a，在该进料管上设有阀门1，在该进料管伸进罐内的端部密封地连接一布料管9，在该布料管9的管壁上设有若干布料孔9a，在所述排污孔上连接的排污管6，在其上设置阀门；

一个夹套11，其密封地固设在二氧化碳发生罐10的罐体上，该夹套11从二氧化碳发生罐10的顶部向下覆盖在其外面，该夹套的最下端与二氧化碳发生罐10的下底部之间具有一个高度差，在相对于二氧化碳发生罐10的上顶部的夹套11上开设有碳酸氢铵加料口4、硫酸加料口3和CO₂排出口2，各开口上设有接管或启闭密封盖或阀门；碳酸氢铵加料口4与二氧化碳发生罐10上的漏斗装置5的孔上下正对开设，该加料口4的孔径小于漏斗装置5的孔径；在夹套11的最下端开设硫酸排出口12，其上密封地设置硫酸输送管12a与二氧化碳发生罐10上的硫酸进料管1a相连接。

具体的，如图1所示，其中的夹套为半夹套11，完全包围二氧化碳发生罐10的容器的上半个部分，夹套11中的硫酸通过设置在夹套11最下端的对称分布在容器长度方向两端的夹套上的两根硫酸输送管12a管路、二氧化碳气发生罐10上的硫酸进料管1a及阀门1进入二氧化碳发生罐10的容器；其中在夹套11左端、中部、右端依次分别设置硫酸加料口3、碳酸氢钠加料口4、压力表7、安全阀8、CO₂排出口2以及其上连接的排气管路及阀门2a；其中漏斗装置5处于碳酸氢铵进料口4正下方，漏斗设计成锥形，即侧壁为上端口径大于下端口径的锥形通道，漏斗至少其上部的内径要大于进料口内径，至少其漏斗上部的内径与所述夹套上的碳酸氢铵加料口内径的比例为(1.3～1.5)∶1，例如为1.2∶1。夹套11上的碳酸氢铵加料口4与罐体上的漏斗5都做成圆形截面的通道，且圆心重合。漏斗侧壁同夹套内壁有5-10mm的间隙，例如为5mm间隙。其中设于罐内的布料管9与硫酸进料管1a及阀门1相联，布料管上设置若干个小孔，所述布料管上的布料孔设置在布料管朝上最多半个圆周上。小孔的总面积小于布料管路的截面积，浓度为98％的浓硫酸通过布料管均匀的分布到二氧化碳发生罐10的容器中，参与反应；排污阀门6设置在二氧化碳发生罐10的容器左下方。夹套11容积和二氧化碳发生罐10的容器容积的比例为1/7.5～1/5，例如为1/6。

如果设定夹套11上的最低点上硫酸排出口相对于罐体的底部的高度为H，罐体中的布料管9相对于罐体的底部的高度为h，硫酸排出口与布料管之间的高度差最好控制在：h＝(0.4-0.6)H。例如，h＝0.5H。

也可以将二氧化碳发生罐10的底部硫酸进料管1a上的阀门1取消，代之以设置在夹套11上设置的硫酸输送管12a上，两根硫酸输送管12a上各设有一个阀门。这样的结构可以降低设备的高度，便于操作。另外，在两根硫酸输送管12a上设置阀门，在操作中，可以只开启一个阀门，使硫酸从一侧的硫酸输送管输入到罐体中，也可以同时开启两个阀门。以此可以对硫酸进入罐体的流量进行调节，以控制反应速度。

设备使用方法为：

1)先关闭排污管6上的阀门(图中未示出)、CO₂排出口2上的阀门2a，通过硫酸加料口3向夹套11中加入所需量的浓硫酸，然后密封硫酸加料口3。

2)将所需量的碳酸氢铵加一定比例的水配成的糊状，从碳酸氢铵加料口4通过漏斗装置5加入到二氧化碳发生罐10的容器中，封闭加料口4。为了防止设备腐蚀，碳酸氢氨的投加量要比实际需要量多出5％。

3)缓慢打开硫酸进料管1a上的阀门1，夹套11内的硫酸通过与硫酸进料管上的阀门1连接的布料管9均匀的分布在容器里，物料开始反应，并有气体生成。由于漏斗5的存在，气体从二氧化碳发生罐10内进入夹套11，随着气量增大容器内压力增大，夹套内压力也同时增大。观察压力表7，当达到设定压力时，打开CO₂排出口2上连接的排气管路及阀门2排气。气体源源不断的从二氧化碳发生罐10的容器通过漏斗5进入夹套11，最后通过夹套11上的CO₂排出口2上连接的排气管路及阀门2a排气，气体再通过输气管道源源不断的输送到需要气体的地方。

4)通过排污管6上的阀门排污，重新加料，准备再次使用。如不继续使用则清洗设备。

设计每小时产气1000m³的设备，每次硫酸需要加380Kg，NaHCO₃需要加入670Kg。其中NaHCO₃需要与一定比例的水混合，水与的NaHCO₃质量比为30％～40％。反应十分钟结束，并放出气体。

如果在使用中使用两台或多台本装置并联、重复加料，一小时生成1000m³CO₂气体。

Claims (10)

1、一种连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，包括：

一个二氧化碳发生罐，在该罐的罐体的上顶部罐壁上设有一碳酸氢铵进料口，在该进料口上设有一漏斗装置，其是在所述进料口的周围设有一高于罐壁外表面的侧壁形成漏斗，在该罐的下底部罐体壁上开设进料孔和排污孔，在所述进料孔中密封地插入硫酸进料管，在该进料管伸进罐内的端部密封地连接一布料管，在该布料管的管壁上设有若干布料孔，在所述排污孔上连接的排污管上设置阀门；

一个夹套，其密封地固设在所述二氧化碳发生罐的罐体上，该夹套从二氧化碳发生罐的顶部向下覆盖在其外面，该夹套的最下端与二氧化碳发生罐的下底部之间具有一个高度差，在相对于二氧化碳发生罐的上顶部的所述夹套上开设有碳酸氢铵加料口、硫酸加料口和CO₂排出口，各开口上设有接管或启闭密封盖；所述碳酸氢铵加料口与所述二氧化碳发生罐上的所述漏斗装置的孔上下正对开设，该加料口的孔径小于所述漏斗装置的孔径；在所述夹套的最下端开设硫酸排出口，其上密封地设置硫酸输送管与所述二氧化碳发生罐上的硫酸进料管相连接；在相对于所述二氧化碳发生罐的上顶部的所述夹套上还开设连接压力表和安全阀的接管口。

2、根据权利要求1所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述夹套的最下端设于卧式二氧化碳发生罐的水平中心线附近，即夹套覆盖罐体的上部一半。和/或，所述夹套容积和所述二氧化碳发生罐的容器容积比是，夹套容积和容器容积的比例为1/7.5～1/5。

3、根据权利要求1所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述二氧化碳发生罐上的漏斗设计成锥形，即所述侧壁为上端口径大于下端口径的锥形通道；或者，该漏斗是大口型，即侧壁为形成的通道是阶梯形的，上段为较大口径的直筒状通道，下段为较小口径的直筒状通道。

4、根据权利要求1或4所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述侧壁与夹套内壁之间的间隙为5～10mm。

5、根据权利要求4或5所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述夹套上的碳酸氢铵加料口与罐体上的漏斗都做成圆形截面的通道，且圆心重合。

6、根据权利要求1或4所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述二氧化碳发生罐的罐体上的加料口或者至少其漏斗上部较大的内径与所述夹套上的碳酸氢铵加料口内径的比例为(1.3～1.5)∶1。

7、根据权利要求1所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述夹套上的所述硫酸排出口设置两个，其上的硫酸输送管都连接到二氧化碳发生罐上的硫酸进料管上，在两个所述硫酸输送管上分别设有阀门。

8、根据权利要求1或4所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述布料管上的布料孔设置在布料管朝上最多半个圆周上。

9、根据权利要求1或9所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述布料管上设置的若干个小孔的总面积小于布料管路的截面积。

10、根据权利要求1所述的连续制取CO₂气的灭火装置，其特征在于，所述夹套的最下端开设硫酸排出口，相对于罐体的底部的高度为H，所述罐体中的布料管相对于罐体的底部的高度为h，硫酸排出口与布料管之间的高度差在：h＝(0.4-0.6)H。