CN102921370B - 文丘里管反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种文丘里管反应器，反应器设置包括管体、进气喷嘴筒、进气接头、进液接头和出液接头；管体设置进气喷嘴筒安置孔，安置孔设置定位槽，进气喷嘴筒设置两个以上喷嘴口径为3-5mm的喷嘴，进气喷嘴筒口外边设置定位柱；管体设置上下两端分别设置进液接头和出液接头，进液接头连接强力泵，出液接头连接反应釜。强力泵将浆液输进文丘里管反应器中高压喷射，雾化成粒径极小的液滴，同时在窑气入口形成一定的真空区，自动将窑气吸进文丘里管反应器与浆液液滴进行碳化反应。窑气的通入不再需要空气压缩机，雾化效果可以通过喷嘴口径和出水速度等调控，保证了产品的质量能够连续运行并且简单实用，易于实现工业化应用，具有较好的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于化工机械技术领域，涉及一种化学反应装置，具体涉及一种文丘里管反应器。
背景技术
碳酸钙是一种来源广泛的白色、无毒填料。通过调整生产工艺可以获得合适粒径和形貌的高纯度沉淀碳酸钙。沉淀碳酸钙被广泛应用于塑料、造纸、橡胶、黏胶、涂料和油墨等领域，不但起到增量填充、降低加工成本的作用，还可以对填充对象进行功能化改性。尤其是纳米碳酸钙，由于其较小的粒径、较高的比表面积及特殊的表面处理，具有普通碳酸钙无法比拟的优越性能。用于塑料制品，具有增强增韧作用，用于橡胶制品，具有补强功能，用于涂料能提高聚合物的附着力，改善表面张力的特性，用于造纸，可改善纸张的印刷性和光学性能，用于密封胶及油墨，可有效改善其触变性。
碳化法是化学制备纳米碳酸钙的一种常用方法。其以优质石灰石为原料，通过煅烧得到氧化钙和含二氧化碳的窑气。将氧化钙与水按一定比例进行消化，生成氢氧化钙悬浮液，然后通入净化处理后的窑气，反应（碳化）生成碳酸钙沉淀物，经过脱水、干燥、粉碎得到纳米碳酸钙产品。目前国内外制备的纳米级碳酸钙主要采用的就是这种碳化法，其中碳化反应是整个生产过程中最为关键的步骤。碳化反应的物理化学环境决定着反应的过程特征和所制备的纳米碳酸钙的粒度和晶形。按照二氧化碳气体与氢氧化钙悬浮液的接触方式，可将碳化法分为间歇式鼓泡碳化法、间歇式搅拌碳化法、连续喷雾碳化法及超重力碳化法。
连续喷雾碳化法工艺是由白石工业公司(日本)在20世纪70年代末期开发的，通常采用多个碳化塔。其制备纳米碳酸钙的步骤为:首先把石灰乳精制后的悬浮液配制成工艺要求浓度，加入适量添加剂混匀充分，泵入喷雾碳化塔顶部的雾化器中，乳液在高速旋转产生的巨大离心力作用下，雾化为微细粒径的雾滴；然后将含有二氧化碳的窑气由塔底部通入,用气体分布器将其均匀分散,同塔内已产生的雾滴进行瞬时的逆向接触,发生化学反应生成碳酸钙。这种方法生产纳米碳酸钙效率高，经济效益好，并能实现自动化大规模生产，粒度比较容易控制，可制得优质稳定的纳米碳酸钙。但该工艺在国内仅有几家使用，主要由于喷嘴雾化问题难以解决，液滴直径较大，影响了气液接触面积，同时造成液滴下落速度较快，液滴在塔内停留时间太短，使二氧化碳利用率降低，生产能力难以提高。加之塔壁上液滴附着后流速缓慢，易使晶体粒径增大，并有部分在塔壁上结垢，另一部分则进入产品中，从而造成粒径分布不均匀。要想提高喷嘴雾化效果，就必须缩小喷嘴孔径，而孔径过小易造成堵塞，这一矛盾尚未找到很好的解决办法。
发明内容
本发明的目的是针对现有文丘里管反应器存在的问题，对文丘里管反应器的喷嘴进行改进，提供一种适应不同进气量和进气速度的文丘里管反应器。
本发明采用的技术方案如下：
一种文丘里管反应器，设置包括管体、进气喷嘴筒、进气接头、进液接头和出液接头；所述的管体设置进气喷嘴筒安置孔；所述的进气喷嘴筒上下两端面设置密封圈，并由进气接头螺旋固定；管体设置上下两端分别设置进液接头和出液接头，进液接头连接强力泵，出液接头连接反应釜。
以上所述的进气喷嘴筒设置两个以上的喷嘴，喷嘴口径为3—5mm。
以上所述的进气喷嘴筒在进气喷嘴筒口端外边设置定位柱，其数量与喷嘴数量相等。
以上所述的进气喷嘴筒安置孔设置定位槽，其数量与喷嘴数量相等。
本文丘里管反应器的工作原理：
工作时，根据浆液的粒径大小和进气速度要求，调配好进气喷嘴筒3的喷嘴，开启强力泵将浆液以一定速度输进文丘里管反应器中，混合浆液在文丘里管中高压喷射，雾化成粒径极小的液滴，同时在窑气入口形成一定的真空区，自动将窑气吸附进文丘里管反应器与浆液液滴进行一次碳化反应。
本发明的优点和积极效果：
（1）使用特殊制造的文丘里管反应器，在喷嘴处对反应液进行雾化，雾化效果可以通过喷嘴口径和出水速度等调控。
（2）在文丘里管反应器的作用下，窑气的通入不再需要空气压缩机，其流量大小同样可以通过喷嘴出水速度来调节。
（3）浆液雾化后瞬间与吸附进来的窑气发生反应，由于雾化的液滴粒径极小，大大增加了气-液接触面积，提高了反应速率，从而保证纳米碳酸钙粒子超细化和均匀化。
（4）文丘里管另外一个作用是可以有效降低反应液的温度，从而使碳化过程温度始终都维持在一个比较稳定的水平，进一步保证了产品的质量。
（5）本方法制备的纳米碳酸钙粒子在40—80nm之间可控，立方形，比表面积大于25m2/g，无团聚现象，产品性能十分优异。能够连续运行并且简单实用，易于实现工业化应用。
附图说明
图1：是本发明的结构示意图。
图2：是本发明的进气喷嘴底部结构示意图。
图中各标号代表的含义如下：
1-管体；2-进液接头；3-进气喷嘴筒；4-进气接头；5-出液接头；6-喷嘴A；7-喷嘴B；8-喷嘴C；9-喷嘴D；10-定位柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细描述。旨在帮助读者理解，不能构成对本发明实施范围的限定。
实施例1
文丘里管反应器设置包括管体1、进气喷嘴筒3、进气接头4、进液接头2和出液接头5；管体1设置进气喷嘴筒3安置孔，安置孔设置两个定位槽；设置喷嘴口径为3mm和5mm两个喷嘴的进气喷嘴筒3，进气喷嘴筒3口端外边设置两个定位柱10，选择喷嘴口径为3mm的进气喷嘴筒3上下两端面设置密封圈，并对淮文丘里管反应器的安置孔，然后用进气接头4螺旋固定；管体1设置上下两端分别设置进液接头2和出液接头5，进液接头2连接强力泵，出液接头5连接反应釜。
工作时，将CaCO3含量大于98.5%的石灰石在1050±1℃温度下煅烧3小时得生石灰；生石灰与水按质量比1:4在80±1℃温度下充分消化得熟石灰浆；石灰浆经筛分除渣，加水稀释至Ca(OH)2重量浓度为13%；将浆液加入反应釜中，调节浆液温度至20±1℃；开动搅拌，10分钟后开启强力泵，强力泵流量Q=20m3/h，扬程H=25m，当浆液进入文丘里管在喷嘴口径3mm，喷嘴出水速度达到30m/s雾化成粒径极小的液滴后，并吸入窑气，控制通入二氧化碳体积浓度为17%的窑气进行一次碳化反应。碳化反应液与过量的窑气继续通入搅拌反应釜中进行搅拌进行二次碳化反应。然后再用强力泵将浆液重复泵入文丘里管反应器继续反应，如此循环反复，当反应体系PH为7时，停止碳化反应，制得纳米碳酸钙浆液，整个碳化过程的反应时间持续在45分钟，反应结束后纳米碳酸钙浆液温度在45±1℃范围内。
将硬脂酸溶解于80±1℃的温水中制成包覆液，加入到40±1℃的纳米碳酸钙浆液中，搅拌均匀，恒温处理1.5小时，将浆料趁热过滤，在85±1℃热风干燥，粉碎，过筛后即可得到所需的纳米碳酸钙产品。该产品平均粒径为48nm，粒径分布GSD为1.58，比表面积26.2m2/g，呈立方状，无团聚现象。与普通喷雾碳化法方法相比，该方法极大提高了雾化效果，解决了二氧化碳利用率较低的问题，产品质量好，而且设备相对简单，投资小，耗能低，容易操作控制。
实施例2
文丘里管反应器设置包括管体1、进气喷嘴筒3、进气接头4、进液接头2和出液接头5；管体1设置进气喷嘴筒3安置孔，安置孔设置三个定位槽；设置喷嘴口径为3mm、4mm和5mm三个喷嘴的进气喷嘴筒3，进气喷嘴筒3口端外边设置三个定位柱10，选择喷嘴口径为5mm的进气喷嘴筒3上下两端面设置密封圈，并对淮文丘里管反应器的安置孔，然后用进气接头4螺旋固定；管体1设置上下两端分别设置进液接头2和出液接头5，进液接头2连接强力泵，出液接头5连接反应釜。
工作时，将CaCO3含量大于98.5%的石灰石在1050±1℃温度下煅烧3小时得生石灰；生石灰与水按质量比1:4在80±1℃温度下充分消化得熟石灰浆；石灰浆经筛分除渣，加水稀释至Ca(OH)2重量浓度为15%，将浆液加入到本发明的搅拌反应釜中，调节浆液温度至15±1℃；开动搅拌，10分钟后开启强力泵，强力泵流量Q=40m3/h，扬程H=30m，当浆液进入文丘里管在喷嘴口径5mm，喷嘴出水速度达到40m/s雾化成粒径极小的液滴后，控制通入二氧化碳体积浓度为25%的窑气进行一次碳化反应。碳化反应液与过量的窑气继续通入搅拌反应釜中进行搅拌进行二次碳化反应。然后再用强力泵将浆液重复泵入文丘里管反应器继续反应，如此循环反复，当反应体系PH为6.5时，停止碳化反应，制得纳米碳酸钙浆液，整个碳化程的反应时间持续在40分钟，反应结束后纳米碳酸钙浆液温度在50±1℃范围内。
将硬脂酸溶解于80±1℃的温水中制成包覆液，加入到45±1℃的纳米碳酸钙浆液中，搅拌均匀，恒温处理3小时，将浆料趁热过滤，在100±1℃热风干燥，粉碎，过筛后即可得到所需的纳米碳酸钙产品。该产品平均粒径为60nm，粒径分布GSD为1.51，比表面积25.5m2/g，呈立方状，无团聚现象。与普通喷雾碳化法方法相比，该方法极大提高了雾化效果，解决了二氧化碳利用率较低的问题，产品质量好，而且设备相对简单，投资小，耗能低，容易操作控制。
Claims (3)
1.一种文丘里管反应器，其特征在于：设置管体（1）、进气喷嘴筒（3）、进气接头（4）、进液接头（2）和出液接头（5）；在管体（1）的上下两端分别设置进液接头（2）和出液接头（5），进液接头(2)连接强力泵，出液接头（5）连接反应釜；所述的管体(1)设置为高压喷射、雾化成粒径极小的液滴的管体(1)，管体(1)高压喷射的真空区设置进气喷嘴筒(3)安置孔；所述的进气喷嘴筒(3)上下两端面设置密封圈，并由进气接头(4)螺旋固定；
所述的进气喷嘴筒(3)设置2个以上的喷嘴，喷嘴口径为3-5mm。
2.根据权利要求1所述的一种文丘里管反应器，其特征在于：所述的进气喷嘴筒(3)在进气喷嘴筒(3)口端外边设置定位柱(10)，其数量与喷嘴数量相等。
3.根据权利要求1所述的一种文丘里管反应器，其特征在于：所述的进气喷嘴筒(3)安置孔设置定位槽，其数量与喷嘴数量相等。
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Denomination of invention: Venturi tube reactor Effective date of registration: 20150826 Granted publication date: 20140910 Pledgee: Bank of Communications Ltd the Guangxi Zhuang Autonomous Region branch Pledgor: Guangxi Huana New Materials Science & Technology Co., Ltd. Registration number: 2015990000720 |
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