CN102070200A - 采用液固相移动床反应装置制备硝酸亚铁溶液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用液固相移动床反应装置制备硝酸亚铁溶液的方法，是以铁皮、水和硝酸为原料，在液固相移动床反应装置中进行的，反应时间4～12小时，反应装置包括反应器和循环泵，反应器包括壳体、内筒、分隔板、循环出口、物料入口、酸入口和物料出口，酸入口设在壳体和内筒之间，壳体由圆柱段和锥体段连接构成，分隔板设在圆柱段下部，内筒固定在分隔板上，内筒底部的分隔板设有分布孔，物料入口设在圆柱段上部，循环出口设在分隔板上方壳体上，物料出口设在锥体段底部，循环泵入口与循环出口相连接，循环泵出口与物料出口相连接。本发明能够减少高价铁及氮氧化物生成，无料渣铁屑沉积，便于控制体系温度，缩短了反应时间。

Description

采用液固相移动床反应装置制备硝酸亚铁溶液的方法

技术领域

本发明涉及硝酸亚铁溶液的制备方法。

背景技术

硝酸亚铁溶液，是一种用于制备(氧化铁颜料)的基础原料。

目前的生产方法，硝酸亚铁溶液是在卧式反应器中进行的，所述卧式反应器设有多个串联连接的反应室，反应室通过设有孔眼的的不锈钢板隔开，反应室底部设有孔眼较大的不锈钢底板。对于如具有四个反应室的生产过程，反应过程如下：第1-3个反应室内加铁皮和水，然后将低浓度稀硝酸缓慢加入反应器的第1个反应室，依次进入2～3反应室，第4个反应室底部用泵将料液抽出后重新打入第一个反应室，如此循环，直至硝酸亚铁溶液的pH值和浓度达到规定指标。

目前的方法，方法存在的问题是十分明显的：

1、物料分布不均，有短路或循环死角，并且加入硝酸处局部浓度过大，容易生产高价铁，包括硝酸铁或其水解产物氢氧化铁等等副产物，高价铁浓度在0.1～0.3g/100ml。

2、由于卧式设备，底部容易沉积固体物质，难于清理，且包覆在铁皮上，阻止酸与铁皮接触，降低反应效率；

3、该设备容积固定，前期液面低，铁皮暴露在外面，容易直接与酸接触生成高价铁及氮氧化物(一氧化氮和二氧化氮气体)污染环境，有明显的“黄烟”(二氧化氮气体)冒出。

4、反应前后期体积变化大，散热情况不同，难于控制温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用液固相移动床反应器制备硝酸亚铁溶液的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的方法，是以铁皮、水和硝酸为原料，在液固相移动床反应装置中进行的，所述液固相移动床反应装置包括：反应器和循环泵；

所述反应器包括密闭的壳体、内筒、分隔板、循环出口、物料入口、酸入口和物料出口，酸入口的位置在壳体和内筒之间；

壳体由圆柱段和锥体段连接构成，所述分隔板设置在圆柱段下部，所述内筒固定在分隔板上，内筒底部的分隔板上设有分布孔，所述物料入口设置在圆柱段的上部，所述循环出口设置在分隔板上方的壳体上，所述物料出口设置在锥体段底部；

所述循环泵的入口通过管线与循环出口相连接，循环泵的出口通过管线与物料出口相连接；

制备方法，包括如下步骤：

将铁皮置于内筒中，然后通过物料入口将水加入内筒至溢流到壳体与内筒形成的夹套内，使夹套内液位高于循环出口，然后启动循环泵，将物料从循环出口抽出，通过物料出口送入壳体，同时在酸入口加入硝酸，循环至硝酸亚铁溶液的pH值为1～5，硝酸亚铁溶液的浓度为8-15g/100ml，获得澄清的蓝绿色溶液，即为产品硝酸亚铁溶液，从物料出口送出；

从启动循环泵2至反应结束，总的反应时间为4-12小时；

硝酸的重量浓度为5-50％，硝酸的加入速度为使反应温度保持在10～60℃；

以100％的硝酸为基准，硝酸与铁皮的重量比为：

硝酸∶铁皮＝1∶0.4～1∶2；

铁皮与水的重量比为1∶2～1∶30；

优选的，反应过程中，通过循环泵的循环量为总的水的重量的2～20倍。

本发明的方法，采用外循环均质反应，避免返混，能够明显减少高价铁的生成，自净化清洁反应，无料渣铁屑沉积，无需清理废料，容量自适应溢流调节，铁皮始终在液面下，更便于控制体系温度，减少高价铁及氮氧化物等副产物生成，产品纯度高，无废气排放，同时缩短了反应时间。

附图说明

图1为液固相移动床反应装置结构示意图。

具体实施方式

参见图1，所述液固相移动床反应装置包括：反应器1和循环泵2；

所述反应器包括密闭的壳体101、内筒102、分隔板103、循环出口104、物料入口105、酸入口107和物料出口106，酸入口107的位置在壳体101和内筒102之间；

壳体101由圆柱段和锥体段连接构成，所述分隔板103设置在圆柱段下部，所述内筒102固定在分隔板103上，内筒102底部的分隔板103上设有分布孔107，所述物料入口105设置在圆柱段的上部，所述循环出口104设置在分隔板103上方的壳体101上，所述物料出口106设置在锥体段底部；

所述循环泵2的入口201通过管线与循环出口104相连接，循环泵2的出口201通过管线与物料出口106相连接；

进一步，在分隔板103的底部设有加强板109，用于加固分隔板103；

进一步，在物料出口106处设有筛板108，用以阻挡碎小铁屑；

优选的，壳体101的高度H与直径L的比例为1∶0.25～4，优选的为1∶0.8～0.9；

内筒102的高度H1与直径L1的比例为1∶0.2～5，优选的为1∶0.8～1；

壳体101的直径L与内筒102的直径L1的比例为1∶0.2～0.9，优选的为1∶0.8～0.9；

分隔板103与物料出口106之间的间距H2为壳体101的高度H的0＜～40％；

所述分布孔107的孔径为5～50mm，开孔率为20～70％；

进一步，在与物料出口106相连接的出口管线3上和循环管线5上，分别设有调节阀4，用于控制循环和出料。

制备方法，包括如下步骤：

将铁皮置于内筒102中，然后通过物料入口105将水加入内筒102至溢流到壳体101与内筒102形成的夹套内，使夹套内液位高于循环出口104，高度为50-400mm，然后启动循环泵2，将物料从循环出口104抽出，通过物料出口106送入壳体101，同时在壳体101顶部的酸入口107加入硝酸，循环至硝酸亚铁溶液的pH值为1～5，优选3.2～3.5，硝酸亚铁溶液的浓度为8-15g/100ml，优选11～13g/100ml，获得澄清的蓝绿色溶液，即为产品硝酸亚铁溶液，从物料出口106送出；

从启动循环泵2至反应结束，总的反应时间为4-12小时，优选7～8小时；

硝酸的重量浓度为5-50％，硝酸的加入速度为使反应温度保持在10～60℃，优选的为30～60℃；

以100％的硝酸为基准，硝酸与铁皮的重量比为：

硝酸∶铁皮＝1∶0.4～2，优选的，硝酸∶铁皮＝1∶0.4～1.0；

铁皮与水的重量比为1∶2～30，优选的，铁皮与水的重量比为1∶6～20；

优选的，反应过程中，通过循环泵2的循环量为总的水的重量的2～20倍，优选6～8倍。

实施例1

采用图1的液固相移动床反应装置，生产硝酸亚铁溶液。

反应器结构参数如下：

壳体101的高度H＝3.5米，直径L＝3米，壳体101的高度H与直径L的比例为1∶0.86；

内筒102的高度H1为3.2米，直径L1为2.6米，H1与L1的比例为1∶0.81；

壳体101的直径L与内筒102的直径L1的比例为1∶0.87；

分隔板103与物料出口106之间的间距H2为0.3米；

分布孔107的孔径为50mm，开孔率为20％；

制备方法如下：

将2500公斤铁皮置于内筒102中，然后通过物料入口105将17100公斤水加入内筒102至溢流到壳体101与内筒102形成的夹套内，使夹套内液位高于循环出口104，然后启动循环泵2，将物料从循环出口104抽出，通过物料出口106送入壳体101，同时通过酸入口107加入硝酸，循环至硝酸亚铁溶液的pH值为3.2，硝酸亚铁溶液的浓度为12.8g/100ml，获得澄清的蓝绿色溶液约22000公斤，即为产品硝酸亚铁溶液。

总的反应时间为7小时。

硝酸的重量浓度为44％，硝酸的加入速度使反应温度保持在60℃；

以100％的硝酸为基准，硝酸的总用量为2484公斤；

铁皮与水的重量比为1∶6.84；

反应过程中，通过循环泵2的循环量为总的水的重量的8倍；

对产品进行分析检测，结果如下：硝酸亚铁溶液的pH值为3.2，硝酸亚铁溶液的浓度为12.8g/100ml，高价铁的含量为0.01g/100ml，生产过程无含有氮氧化物气体的黄烟冒出。

实施例2

反应器结构参数如下：

壳体101的高度H为4.2米，直径L3.4米，壳体101的高度H与直径L的比例为1∶0.81；

内筒102的高度H1为3.0米，直径L1为3.0米，H1与L1的比例为1∶0.93；

壳体101的直径L与内筒102的直径L1的比例为1∶0.88；

分隔板103与物料出口106之间的间距H2为1.2米；

分布孔107的孔径为5mm，开孔率为70％；

制备方法如下：

将1100公斤铁皮置于内筒102中，然后通过物料入口105将22000公斤水加入内筒102至溢流到壳体101与内筒102形成的夹套内，使夹套内液位高于循环出口104，然后启动循环泵2，将物料从循环出口104抽出，通过物料出口106送入壳体101，同时通过酸入口107加入硝酸，循环至硝酸亚铁溶液的pH值为3.5，硝酸亚铁溶液的浓度为11g/100ml，获得澄清的蓝绿色溶液约26000公斤，即为产品硝酸亚铁溶液。

总的反应时间为8小时；

硝酸的重量浓度为46％，硝酸的加入速度使反应温度保持在40℃；

以100％的硝酸为基准，硝酸的总用量为2530公斤；

铁皮与水的重量比为1∶20；

通过循环泵2的循环量为总的水的重量的6倍。

对产品进行分析检测，结果如下：

硝酸亚铁溶液的pH值为3.5，硝酸亚铁溶液的浓度为11.0g/100ml，高价铁的含量为0.008g/100ml，产过程无含有氮氧化物气体的黄烟冒出。

Claims (11)

1.采用液固相移动床反应装置制备硝酸亚铁溶液的方法，其特征在于，是以铁皮、水和硝酸为原料，在液固相移动床反应装置中进行的，反应时间为4～12小时，所述液固相移动床反应装置包括：反应器(1)和循环泵(2)；

所述反应器包括密闭的壳体(101)、内筒(102)、分隔板(103)、循环出口(104)、物料入口(105)、酸入口(107)和物料出口(106)，酸入口(107)的位置在壳体(101)和内筒(102)之间；

壳体(101)由圆柱段和锥体段连接构成，所述分隔板(103)设置在圆柱段内下部，所述内筒(102)固定在分隔板(103)上，内筒(102)底部的分隔板(103)上设有分布孔(107)，所述物料入口(105)设置在圆柱段的上部，所述循环出口(104)设置在分隔板(103)上方的壳体(101)上，所述物料出口(106)设置在锥体段底部；

所述循环泵(2)的入口(201)通过管线与循环出口(104)相连接，循环泵(2)的出口(201)通过管线与物料出口(106)相连接。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在分隔板(103)的底部设有加强板(109)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在物料出口(106)处设有筛板(108)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与物料出口(106)相连接的出口管线(3)上和循环管线(5)上，分别设有调节阀(4)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，壳体(101)的高度H与直径L的比例为1∶0.25～4；内筒(102)的高度H1与直径L1的比例为1∶0.2～5，壳体(101)的直径L与内筒(102)的直径L1的比例为1∶0.2～0.9，分隔板(103)与物料出口(106)之间的间距H2为壳体(101)的高度H的0＜～40％；所述分布孔(107)的孔径为5～50mm，开孔率为20～70％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，壳体(101)的高度H与直径L的比例为1∶0.8～0.9，内筒102的高度H1与直径L1的比例为1∶0.8～1，壳体(101)的直径L与内筒(102)的直径L1的比例为1∶0.8～0.9。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：将铁皮置于内筒(102)中，然后通过物料入口(105)将水加入内筒(102)至溢流到壳体(101)与内筒(102)形成的夹套内，使夹套内液位高于循环出口(104)，然后启动循环泵(2)，将物料从循环出口(104)抽出，通过物料出口(106)送入壳体(101)，同时在酸入口(107)加入硝酸，循环至硝酸亚铁溶液的pH值为1～5，硝酸亚铁溶液的浓度为8-15g/100ml，获得产品硝酸亚铁溶液。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，反应时间为4-12小时。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，硝酸的重量浓度为5-50％，硝酸的加入速度为使反应温度保持在10～60℃。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，以100％的硝酸为基准，硝酸与铁皮的重量比为：硝酸∶铁皮＝1∶0.4～2，铁皮与水的重量比为1∶2～1∶30。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，反应过程中，通过循环泵(2)的循环量为总的水的重量的2～20倍。

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