CN101157014A - 一种具有气体分离收集功能的固液反应罐及其应用 - Google Patents

Abstract

一种具有气体分离收集功能的固液反应罐，包括罐体、支架、进水口、出水口、放空口、人孔、卸料孔。其特点在于内部安置滤水帽，填充砂石过滤层和固相反应层，液体进入罐体使固相物质处于流化状态，与液体充分接触发生反应，提高产品的纯度；容器还设置反冲洗回路，以便罐体内固体杂质的清洗和排放；罐体顶部安置气体收集装置，能将反应副产的气体收集后送入提纯系统再利用；同时配套升降机和进料输送带，不断补充固体填充物。该具有气体分离收集功能的固液反应罐在常温常压条件下应用于大规模化工生产和三废处理中的固液反应具有较好的实际效果。

Description

一种具有气体分离收集功能的固液反应罐及其应用

技术领域

本发明属于化工或机械技术领域，涉及一种化工反应设备，也是一种应用于环保处理的设备，具体为进行固液反应的容器，并配套有气体分离收集装置和固体进料系统。

背景技术

在化工生产和三废处理中经常会使用到反应容器，其种类繁多，功能各异。根据其外型可以分为反应釜、反应锅、反应塔和反应罐等，根据其反应压力可以分为高压反应器、常压反应器、低压反应器、负压反应器和真空反应器等，根据其反应介质可以分为单相反应器、两相反应器和多相反应器等。反应容器的设计与制造必须符合生产要求，便于维护清理，同时要有较高的安全保障。

在工业生产中，许多化学反应单元在制备产品的同时会副产气体。为了提高反应效率和产品纯度，反应容器中的原料物质必须充分接触，同时配备过滤装置滤除杂质。若反应产生尾气，还应设置尾气回收装置，将气体分离提纯并形成副产品，避免污染环境。

一种反应罐(CN 2282927)，其技术方案是整套装置由罐体、支架、进料管(配喷头)、出料管、物料循环管、排污口构成，并配接液位计和加药系统。其工作原理为：反应液和药液经顶部进料管喷头进入罐体后进行稳定的理化反应，产品从侧面的出料管排出，固体杂质沉淀后从底部排污口排出。该设备简化了液态物料回收的工序，减小了设备的占地面积。

一种两相或多相混合反应罐(CN 2659540)，其结构包括罐体，进气管和搅拌器。其特征在于罐体上设置一剪切分散均化机，均化机的搅拌部分由搅拌杆和搅拌头组成，并插入反应罐内。该反应罐适用于气/液/固或气/液体系的反应。

一种固液反应新装置(CN 2284644)，即一种带夹层的反应釜，内装一个网孔状的反应过滤器，过滤器内装有搅拌器。该设备集反应、分离为一体，具有操作简单安全，反应条件容易控制，溶液充分回收利用等优点，尤其适用于各类固液反应。

目前大部分固液或多相反应器均需使用搅拌器和过滤网，其能耗较大且设备清洗维护不方便，同时反应副产气体回收利用率很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种在常温常压条件下，用于化工生产或三废处理的具有气体分离收集功能的固液反应罐。该设备适用范围广泛，可运用于化工生产和三废处理中各类固液反应单元，并且反应产生的气体可以回收利用。罐体材质可以选择碳钢、不锈钢、玻璃钢、搪瓷、增强聚丙烯(增强PP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等。

本发明设计的具有气体分离收集功能的固液反应罐结构如下：

柱状罐体1的近底部有进水口2，进水口2通过三通阀门与反应液进水管3和反冲洗进水管4连接；柱状罐体1的近顶部有出水口5，出水口5通过三通阀门与产品出水管6和反冲洗出水管7连接；罐体底部设置的放空口8通过三通阀门与反应液放空管9和反冲洗放空管10连接；罐体侧壁设置人孔11，底部设置卸料孔12；罐体内底部铺设滤水帽13，滤水帽13上铺设粗石英砂承托层14，承托层14上填充细石英砂过滤层15，过滤层15上设置固体反应物16；罐体1的近顶部设置了出水堰板19，出水堰板19的最低端连接出水管6；固体反应物16与出水堰板19之间形成一个液相区17；在液相区17的上部，即出水堰板下部设置气体收集装置20，在罐体侧壁设置用于减少气体溢漏的挡板18，气体收集装置20通过排气管22通出罐体1的顶部，连接排气口21。

气体收集装置20由一根排气管22和一根与排气管22垂直相交连接的集气管23以及布满罐体内的多个集气罩24组成。

上述具有气体分离收集功能的固液反应罐应用于化工生产和三废处理中各类固液反应单元。

本发明具有气体分离收集功能的固液反应罐的结构进一步叙述如下：

柱状罐体1侧面靠近底部有进水口2，利用三通阀门分别与反应液进水管3和反冲洗进水管4连接；进水口对侧靠近顶部有出水口5，利用三通阀门分别与产品出水管6和反冲洗出水管7连接；罐体底部设置放空口8，利用三通阀门分别与反应液放空管9和反冲洗放空管10连接；罐体侧壁设置人孔11，底部设置卸料孔12；罐体内底部安置若干滤水帽13，并填充粗石英砂承托层14，承托层上填充细石英砂过滤层15，过滤层上填充固体反应物16，固体反应物之上为反应时的液相区17，液相区上面设置出水堰板19，成品溶液需翻过堰板从出水管排出；若反应中有气体产生，并具有回收利用价值，则在出水堰下侧设置气体收集装置20，并在罐体侧壁设置挡板18，减少气体溢漏，收集装置排气口21可与罐外的其他设施如气水分离器连接，气体经过滤后进入回收提纯系统形成产品。

正常生产：反冲洗进水管4、反冲洗出水管7、反应液放空管9和反冲洗放空管10均处于关闭状态。反应液从进水管3进入罐体，经过滤水帽13均匀布水后，液位缓慢上升，先通过细石英砂过滤层15过滤，再与固体填充物16反应，生成产品溶液17，待液位上升直至翻过堰板19后，产品从出水管6排出。反应中产生的气体经气体收集装置20富集后，从顶部排气口21排出，进入气体分离提纯系统制成产品。

反冲洗：设备运行一段时间后，石英砂过滤层15和固体填充物16中会积累一些固体杂质，需及时清洗，以防过多的杂质被带入产品，影响产品的质量。设备进行反冲洗前需停止生产，将残留液体从反应液放空管9排出(残液可收集后回用)，并关闭反应液进水管3和产品出水管6，清水从反冲洗进水管4进入罐体，快速上升，翻过堰板，固体杂质随着反冲洗废水从反冲洗出水管7排出，冲洗完毕将残留废液从底部反冲洗放空管10排空。

清理维护：设备在清理维护或检修时，可将内部填料从底部卸料孔12排出，检修人员可从侧壁人孔11进入罐体进行修理和维护。

本发明的特点是：利用固体过滤层滤除液体原料中的固体杂质，连续进出水，并使得反应固体处于流化状态，与液体充分接触，无需搅拌；上部设置气体收集装置将反应中副产的气体回收再利用；可以同时配套有升降机和进料输送带，无需人工进料。

附图说明

图1：为具有气体分离收集功能的固液反应罐外观图。

图2：为以图3、图5所示的集气管23纵截面为切点的具有气体分离收集功能的固液反应罐纵剖面图。

其中：罐体1，进水口2，反应液进水管3，反冲洗进水管4，出水口5，产品溶液出水管6，反冲洗出水管7，放空口8，反应液放空管9，反冲洗放空管10，人孔11，卸料孔12，滤水帽13，粗石英砂承托层14，细石英砂过滤层15，固体反应填料16，液相区17，挡板18，出水堰板19，气体收集装置20，排气口21。

图3：为气体收集装置20示意图。其中：排气管22，集气管23，集气罩24。

图4：为单个集气罩24的示意图。

图5：为集气管23纵截面为切点的具有气体分离收集功能的固液反应罐横剖面图。图中挡板18、排气管22，集气管23，集气罩24。

具体实施方式

本发明所述具有气体分离收集功能的固液反应罐适用于常温常压下各类固液反应单元，尤其是反应中会产生有利用价值气体的工艺。设备和管路材料的选择应该谨慎，不得与参加反应的溶液、固体以及产品溶液、气体等发生化学反应，目前使用较多的材料为不锈钢、搪瓷、玻璃钢、尼龙和增强聚丙烯塑料等。

实施例一：一种圆柱形具有气体分离收集功能的搪瓷固液反应罐，用于盐酸与碳酸钙反应制备氯化钙产品同时回收二氧化碳的生产工艺。

如图1所示，该具有气体分离收集功能的固液反应罐包括不锈钢罐体1、进水口2(与盐酸溶液进水管3和反冲洗进水管4连接)、出水口5(与氯化钙溶液出水管6和反冲洗出水管7连接)、放空口8(与盐酸溶液放空管9和反冲洗放空管10连接)、人孔11、卸料孔12；内部结构包括滤水帽13、2～5mm粗石英砂承托层14、1～2mm细石英砂过滤层15，1～2mm重质碳酸钙反应层16，液相区17、挡板18、出水堰板19、气体收集装置20，排气口21。滤水帽和管路可采用PVC材料，气体收集装置采用不锈钢材质。配套升降机和进料输送带，不断补充碳酸钙固体。

盐酸溶液从进水口进入罐体，在罐体内以2～4m/h的速度上升，先通过滤水帽均匀布水，然后经石英砂过滤将盐酸溶液中的悬浮固体杂质滤除，再与含量99％的重质碳酸钙反应生成氯化钙溶液，液体最后翻过堰板从出水口排出，产生的二氧化碳气体经气体收集装置富集后排入气体分离提纯系统。

反应罐进行反冲洗时，关闭废水进出水管的阀门，盐酸残液从底部放空管排出再利用，反冲洗强度约1～5L/m²·s，反冲洗废液最后从底部放空管排出。

采用本发明的具有气体分离收集功能的固液反应罐，无需设置搅拌机，可节约60％以上的能耗，溶液中盐酸的反应率在98％以上，采用石英砂过滤出水溶液中固体杂质小于1％，并且副产的二氧化碳气体可以回收95％以上。

实施例二：一种方柱形具有气体分离收集功能的玻璃钢固液反应罐，用于浓硫酸与亚硫酸盐反应制备硫酸盐产品及回收二氧化硫的生产工艺。

本实施例所用液体原料为浓硫酸，固体填料为亚硫酸盐，产品为硫酸盐，同时副产二氧化硫气体，设备外型为方柱形，内部填充砾石承托层和过滤层，设备其余结构和配套装置与实施例一相同。罐体采用搪瓷材质，滤水帽和管路采用ABS材料。

浓硫酸从进水口进入罐体，在罐体内以2～5m/h的速度上升，先经过滤水帽布水和砾石过滤将浓硫酸中的悬浮固体杂质滤除，然后与含量98％以上的工业亚硫酸钠反应生成硫酸钠溶液，液体最后翻过堰板从出水口排出，产生的二氧化硫气体经气体收集装置富集后排入分离提纯系统，回收率达到90％以上。定期进行反冲洗，冲洗强度3～6L/m²·s。无需设置过滤和搅拌装置，节能50％以上，产品溶液中固体杂质小于0.5％。

实施例三：一种圆柱形具有气体分离收集功能的不锈钢固液反应罐，用于盐酸与硫化亚铁反应制备氯化亚铁产品同时回收硫化氢气体的生产工艺。

本实施例所用液体原料为盐酸，固体填料为硫化亚铁，产品为氯化亚铁溶液，副产硫化氢气体，设备形状结构和过滤层填料与实施例一相同。罐体采用不锈钢材质，滤水帽和管路采用PP材料。

盐酸溶液从进水口进入罐体，在罐体内以1～3m/h的速度上升，先经过滤水帽布水和石英砂过滤，将盐酸中的悬浮固体杂质滤除，然后与含量95％以上的硫化亚铁反应生成氯化亚铁溶液，液体最后翻过堰板从出水口排出，产生的硫化氢气体经气体收集装置富集后排入气体分离提纯系统，回收率达到95％以上。定期进行反冲洗和设备维护，冲洗强度4～8L/m²·s。无需设置过滤和搅拌装置，节能65％以上，产品溶液中固体杂质小于1％。

实施例四：一种方柱形具有气体分离收集功能的增强聚丙烯固液反应罐，用于过氧化物与水反应制备碱性中间体同时副产氧气的生产工艺。

本实施例所用液体原料为工业用水，固体填料为过氧化钠，产品为氢氧化钠溶液，副产氧气。设备结构材质、配套装置、内部填料与实施例二相同。

原料水从进水口进入罐体，在罐体内以0.5～2m/h的速度上升，通过滤水帽布水和砾石过滤将水中的悬浮固体杂质滤除，然后与含量99％以上的工业过氧化钠反应生成氢氧化钠溶液，液体最后翻过堰板从出水口排出，产生的氧气经气体收集装置富集后排入分离提纯系统，回收率达到98％以上。定期进行反冲洗，冲洗强度5～10L/m²·s。无需设置过滤和搅拌装置，节能70％以上，产品溶液中固体杂质小于0.2％。

实施例五：一种圆柱形具有气体分离收集功能的聚酰胺固液反应罐，用于废盐酸浸取毒重石制备氯化钡产品同时回收二氧化碳的生产工艺。

本实施例所用液体原料为工业废盐酸，固体填料为毒重石(含碳酸钡90％以上)，产品为氯化钡溶液，副产二氧化碳气体。设备结构材质、配套装置、内部填料均与实施例一相同。

废盐酸从进水口进入罐体，在罐体内以1～5m/h的速度上升，通过滤水帽布水和石英砂过滤将水中的悬浮固体杂质滤除，然后与含碳酸钡90％以上的毒重石反应生成氯化钡溶液，液体最后翻过堰板从出水口排出，产生的二氧化碳经气体收集装置富集后排入分离提纯系统，回收率达到92％以上。定期进行反冲洗，冲洗强度2～6L/m²·s。无需设置过滤和搅拌装置，节能60％以上，产品溶液中固体杂质小于1.5％。

Claims (3)

1.具有气体分离收集功能的固液反应罐，其特征在于：柱状罐体(1)的近底部有进水口(2)，进水口(2)通过三通阀门与反应液进水管(3)和反冲洗进水管(4)连接；柱状罐体(1)的近顶部有出水口(5)，出水口(5)通过三通阀门与产品出水管(6)和反冲洗出水管(7)连接；罐体底部设置的放空口(8)通过三通阀门与反应液放空管(9)和反冲洗放空管(10)连接；罐体侧壁设置人孔(11)，底部设置卸料孔(12)；罐体内底部铺设滤水帽(13)，滤水帽(13)上铺设粗石英砂承托层(14)，承托层(14)上填充细石英砂过滤层(15)，过滤层(15)上设置固体反应物(16)；罐体(1)的近顶部设置了出水堰板(19)，出水堰板(19)的最低端连接出水管(6)；固体反应物(16)与出水堰板(19)之间形成一个液相区(17)；在液相区(17)的上部，出水堰板下部设置气体收集装置(20)，并在罐体侧壁设置用于减少气体溢漏的挡板(18)，气体收集装置(20)通过排气管(22)通出罐体(1)的顶部，连接排气口(21)。

2.如权利要求1所述具有气体分离收集功能的固液反应罐，其特征在于：气体收集装置(20)由一根排气管(22)和一根与其垂直相交连接的集气管(23)以及布满罐体内的多个集气罩(24)组成。

3.如权利要求1所述具有气体分离收集功能的固液反应罐应用于化工生产和三废处理中各类固液反应单元。

Images