CN103011110B - 一种喷射式脱砷反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷射式脱砷反应器，主要设置有脱砷反应槽、循环泵和喷射泵并依次循环连接。脱砷反应槽设置有反应槽顶盖、液封放空口、进料口、P2S5投料口、出酸口和反应槽出气口，反应槽顶盖设置喷射泵。由于采用循环泵将工业磷酸输送至喷射泵，产生的负压将硫化氢气体吸入并在喷射泵混合室与工业磷酸充分反应，在脱砷反应槽实现紊流搅拌，缩短了脱砷反应的循环时间，提高了食品级磷酸的生产效率和生产的连续性，充分回收利用脱气工序中的硫化氢气体，减少了五硫化二磷脱砷剂的用量，避免二次污染，有效地保护工厂以及周边环境，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益。
Description
技术领域：
本发明属于磷化工技术和环境保护技术领域，涉及一种喷射式脱砷反应器。
背景技术：
磷是重要的生命元素，食品添加剂磷酸作为酸味剂、酵母的营养剂，广泛用于食品工业。食品级磷酸中的杂质指标要求特别严格。目前，食品级磷酸生产主要采用工业磷酸为原料，生产过程中杂质的脱除尤其是砷的脱除技术极为重要。
磷酸脱砷的方法主要有：①硫化物沉淀法：通过在磷酸原料中加入某种沉淀剂，使其生产难溶或不溶化合物析出，然后通过过滤器分离而得到低砷磷酸产品。②溶剂萃取法：基于磷酸可溶于有机溶剂中，而杂质砷则被萃取出，从而使其分离。③离子交换法：用强酸性离子交换树脂处理磷酸，从而除去杂质砷。硫化物沉淀法因为所需步骤和设备简单且脱砷效果好，是最常用的脱砷方法。磷酸硫化物沉淀法脱砷的原理如下：
2P2S5+ 16H2O→4H3PO4 + 10H2S↑
H3AsO4 + H2S→H3AsO3 + H2O + S↓
H3AsO3 + 3H2S→6H2O + As2S3↓
在已有技术中，食品级磷酸生产工艺路线分为热法和湿法两种。两种路线生产食品级磷酸的关键技术都是杂质的脱除。如中国专利200910062940.2提出了一种用精制湿法磷酸生产食品级磷酸的方法，通过加入活性二氧化硅做脱氟剂，加入硫化钠溶液或者五硫化二磷固体做脱砷脱铅剂，过滤之后，将滤液送往曝气工段，不断鼓入空气并搅拌，最后过滤得到食品级磷酸。此方法成本低廉，能耗少、无污染。《多聚磷酸及其脱砷工艺研究》（云南化工，2007，34（4）：63～66）一文中，介绍了多聚磷酸与普通热法磷酸物化性质的差异以及目前国内外多聚磷酸的现状及市场前景，提出了杂质砷对多聚磷酸的影响并概述了目前磷酸广泛采用的几种脱砷方法。该文指出，将配制的脱砷剂加入到反应釜中与磷酸中的亚砷酸反应，生成As2S3沉淀，然后将含As2S3的磷酸泵送到脱气塔中脱去多余的H2S气体，再送到过滤器中进行过滤，磷酸产品进入成品槽，滤渣As2S3进入渣筒，尾气经洗涤塔洗涤达标后经风机排放到大气中。《由工业磷酸连续操作生产食品级磷酸》（硫磷设计与粉体工程，2005，6：27～30）一文及《浅谈连续热法食品级磷酸生产》（贵州化工，2005，30（4）：43～45）一文中，都提到了食品级磷酸生产中脱砷反应后残余硫化氢气体的脱除方法。该法是通过鼓风机鼓入空气对脱砷磷酸吹脱除去硫化氢，吹脱的硫化氢气体用碳酸钠溶液吸收，所得硫化钠溶液用于生产其他对硫含量要求不高的磷酸盐。过滤收集到的砷渣经洗涤、干燥后运往砷品厂。此法操作简单，除杂效果好，避免硫化氢气体直接排放造成环境污染，但其吸收剂使用碳酸钠，引入钠离子，一定程度上造成二次污染。从经济效益及社会效益分析，此法不是最佳选择。
我们依据多年对已有用于食品级磷酸脱砷反应技术的研究，结合磷酸生产实际出发，研究发明了喷射式脱砷反应器。经查其余文献，在食品级磷酸脱砷反应中，均未有使用喷射式搅拌的反应和净化设备。采用本发明的喷射式脱砷反应器，不仅可以充分回收利用脱气工序被吹脱掉的硫化氢，避免二次污染，还可以大大缩短反应槽内工业磷酸的脱砷反应的循环时间，具有良好的经济效益和社会效益。
发明内容：
本发明的目的：是为了解决食品级磷酸生产过程脱砷净化的现有技术中存在的问题，缩短脱砷反应的时间， 提高食品级磷酸的生产效率和生产的连续性，充分回收利用脱气工序中的硫化氢气体，降低脱砷剂的使用成本，避免有害气体硫化氢的二次污染，提高经济效益、社会效益和生态效益，提供一种喷射式脱砷反应器。
本发明的技术方案是：
采用循环泵将工业磷酸输送至喷射泵，工业磷酸在高压下经过喷嘴以高速度射出时，在喷射泵的混合室内产生的负压使得磷酸脱气工序中的硫化氢气体进入喷射泵吸入室，硫化氢气体并在喷射泵的混合室与工业磷酸充分混合反应，然后射向反应釜内已混有五硫化二磷脱砷剂的工业磷酸进行强烈喷射，达到紊流搅拌的效果，使五硫化二磷脱砷剂与工业磷酸能够快速充分地混合反应，从而缩短了反应槽内工业磷酸的脱砷反应的循环时间，提高了食品级磷酸的生产效率和生产的连续性，充分回收利用脱气工序中的硫化氢气体，减少了五硫化二磷脱砷剂的用量，避免有害气体硫化氢向的二次污染，有效地保护工厂以及周边环境，提高了经济和社会效益。
本发明是这样实现的：
本反应器主要设置脱砷反应槽、循环泵和喷射泵并依次循环连接。所述的脱砷反应槽设置有反应槽顶盖、液封放空口、进料口、P2S5投料口、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ和出气口，反应槽顶盖设置喷射泵，反应槽顶盖与脱砷反应槽用法兰连接，反应槽的上部分别设置液封放空口、进料口、P2S5投料口和出气口，液封放空口与脱砷反应槽之间设置阀门Ⅰ，出气口设置阀门Ⅵ，P2S5投料口设置顶盖，阀门Ⅴ设置于脱砷反应槽的下部，阀门Ⅴ用法兰与循环泵的进料口连接。
所述的喷射泵设置喷射泵进酸口、喷嘴、喷射泵出酸口和H2S进气管；喷射泵进酸口用循环管通过阀门Ⅲ与循环泵的出料口连接，喷射泵出酸口延伸至脱砷反应槽中下部，喷射泵出酸口下段为喇叭口，H2S进气管设置在喷射泵上部，H2S进气管设置阀门Ⅶ和H2S进气口连接，H2S进气管另用平衡管与脱砷反应槽的阀门Ⅵ连接。
所述的循环泵出口设置三通管，三通管其中一支与循环泵出口连接，另一支通往外设的过滤装置连接，第三支与阀门Ⅲ、循环管和喷射泵进酸口依次连接。
所述的喷射泵、脱砷反应槽、平衡管、循环管、液封放空管、循环泵、法兰均选用不锈钢材料。
以上所述的喷射泵采用负压操作吸入硫化氢气体。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明喷射式脱砷反应器，利用喷射泵产生的负压充分吸收脱气工序产生的硫化氢气体，既避免了二次污染，又降低脱砷剂的使用成本，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益；
2、本反应器设置的喷射泵，能够将工业磷酸经喷射泵后向反应槽内强烈喷射，达到紊流搅拌的效果，使五硫化二磷脱砷剂与工业磷酸能够快速充分地混合反应，大大缩短了反应槽内工业磷酸的脱砷反应的循环时间，提高了食品级磷酸的生产效率和生产的连续性，具有良好的经济效益。
附图说明：
附图1：为本发明结构示意图。
图中标识：1、喷射泵；2、喷射泵进酸口；3、喷嘴；4、反应槽顶盖；5、液封放空口；6、阀门Ⅰ；7、进料口；8、阀门Ⅱ；9、顶盖；10、P2S5投料口；11、脱砷反应槽；12、喷射泵出酸口；13、循环管；14、阀门Ⅲ；15、阀门Ⅳ；16、出酸口；17、阀门Ⅴ；18、循环泵；19、出气口；20、阀门Ⅵ；21、平衡管；22、H2S进气口；23、阀门Ⅶ。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明加以详细描述。
实施例1：
本反应器主要设置脱砷反应槽11、循环泵18和喷射泵1并依次循环连接。脱砷反应槽11设置有反应槽顶盖4、液封放空口5、进料口7、P2S5投料口10、阀门Ⅰ6、阀门Ⅱ8和出气口19，反应槽顶盖4设置喷射泵1，反应槽顶盖4与脱砷反应槽11用法兰连接，反应槽的上部分别设置液封放空口5、进料口7 、P2S5投料口10和出气口19，液封放空口5与脱砷反应槽11之间设置阀门Ⅰ6，出气口19设置阀门Ⅵ20，P2S5投料口10设置顶盖9，阀门Ⅴ17设置于脱砷反应槽11下部的出酸口16，阀门Ⅴ17用法兰与循环泵18的进料口连接。
喷射泵1设置喷射泵进酸口2、喷嘴3、喷射泵出酸口12和H2S进气管；喷射泵1的进酸口2用循环管13通过阀门Ⅲ14与循环泵18的出料口连接，喷射泵1的出酸口12延伸至脱砷反应槽11中下部，喷射泵1的出酸口12下段为喇叭口，H2S进气管设置在喷射泵1上部，H2S进气管设置阀门Ⅶ23和H2S进气口22连接，H2S进气管另用平衡管21与脱砷反应槽11的阀门Ⅵ20连接。
循环泵18出口设置三通管，三通管其中一支与循环泵出口连接，另一支通过阀门Ⅳ15与外设的过滤装置连接，第三支与阀门Ⅲ14、循环管13和喷射泵进酸口2依次连接。
所述的喷射泵1、脱砷反应槽11、平衡管21、循环管13、液封放空管、循环泵18、法兰均选用不锈钢材料。
工作时，从脱砷反应槽进料口7将工业磷酸输送至反应槽2/3液位，并保持温度70℃，从P2S5投料口按工业磷酸中砷含量的1.3倍投加五硫化二磷脱砷剂然后开启循环泵18，打开平衡管21的阀门Ⅵ20平衡反应槽内的气压，工业磷酸经过循环泵18输送至喷射泵1，工业磷酸在高压下经过喷嘴3以高速度射出，喷射泵1混合室内产生的负压使得磷酸脱气工序中的硫化氢气体进入喷射泵1的吸入室，并在喷射泵1的混合室与工业磷酸充分混合反应，再后向反应釜内已混有五硫化二磷脱砷剂的工业磷酸进行强烈喷射，达到紊流搅拌的效果，五硫化二磷脱砷剂与工业磷酸快速充分地混合反应，完成脱砷反应的磷酸经循环泵18一部分输送至喷射泵1进行内循环，一部分输送至过滤车间进行过滤。
实施例2：
本反应器主要设置脱砷反应槽11、循环泵18和喷射泵1并依次循环连接。脱砷反应槽11设置有反应槽顶盖4、液封放空口5、进料口7、P2S5投料口10、阀门Ⅰ6、阀门Ⅱ8和出气口19，反应槽顶盖4设置喷射泵1，反应槽顶盖4与脱砷反应槽11用法兰连接，反应槽的上部分别设置液封放空口5、进料口7 、P2S5投料口10和出气口19，液封放空口5与脱砷反应槽11之间设置阀门Ⅰ6，出气口19设置阀门Ⅵ20，P2S5投料口10设置顶盖9，阀门Ⅴ17设置于脱砷反应槽11下部的出酸口16，阀门Ⅴ17用法兰与循环泵18的进料口连接。
喷射泵1设置喷射泵1的进酸口2、喷嘴3、喷射泵出酸口12和H2S进气管；喷射泵进酸口2用循环管13通过阀门Ⅲ14与循环泵18的出料口连接，喷射泵出酸口12延伸至脱砷反应槽11中下部，喷射泵1的出酸口12下段为喇叭口，H2S进气管设置在喷射泵1上部，H2S进气管设置阀门Ⅶ23和H2S进气口1的22连接，H2S进气管另用平衡管21与脱砷反应槽11的阀门Ⅵ20连接。
循环泵18出口设置三通管，三通管其中一支与循环泵出口连接，另一支通过阀门Ⅳ15与外设的过滤装置连接，第三支与阀门Ⅲ14、循环管13和喷射泵进酸口2依次连接。
所述的喷射泵1、脱砷反应槽11、平衡管21、循环管13、液封放空管、循环泵18、法兰均选用不锈钢材料。
工作时，从脱砷反应槽进料口7将工业磷酸输送至反应槽3/4液位，并保持温度80℃，从P2S5投料口按工业磷酸中砷含量的1.3倍投加五硫化二磷脱砷剂然后开启循环泵18，打开平衡管21的阀门Ⅵ20平衡反应槽内的气压，工业磷酸经过循环泵18输送至喷射泵1，工业磷酸在高压下经过喷嘴3以高速度射出，喷射泵1混合室内产生的负压使得磷酸脱气工序中的硫化氢气体进入喷射泵1的吸入室，并在喷射泵1的混合室与工业磷酸充分混合反应，再后向反应釜内已混有五硫化二磷脱砷剂的工业磷酸进行强烈喷射，达到紊流搅拌的效果，五硫化二磷脱砷剂与工业磷酸快速充分地混合反应，完成脱砷反应的磷酸经循环泵18一部分输送至喷射泵1进行内循环，一部分输送至过滤车间进行过滤。
Claims (3)
1.一种喷射式脱砷反应器，其特征在于：主要设置脱砷反应槽（11）、循环泵（18）和喷射泵（1）依次循环连接；所述的脱砷反应槽（11）设置有反应槽顶盖（4）、液封放空口（5）、进料口（7）、阀门Ⅰ（6）、阀门Ⅱ（8）、P2S5投料口（10）和出气口（19），反应槽顶盖（4）设置喷射泵（1），反应槽顶盖（4）与脱砷反应槽（11）用法兰连接，反应槽的上部分别设置液封放空口（5）、进料口（7）、P2S5投料口（10）和出气口（15），液封放空口（5）与脱砷反应槽之间设置阀门Ⅰ（6），出气口（19）设置阀门Ⅵ（20），P2S5投料口（10）设置顶盖（9），阀门Ⅴ（17）设置于脱砷反应槽下部的出酸口（16），阀门Ⅴ（17）用法兰与循环泵（18）的进料口连接。
2.根据权利要求1所述的一种喷射式脱砷反应器，其特征在于：所述的喷射泵（1）设置喷射泵（1）的进酸口（2）、喷嘴（3）、喷射泵（1）的出酸口（12）和H2S进气管；喷嘴（3）用循环管（13）通过阀门Ⅲ（14）与循环泵（18）的出料口连接，喷射泵出酸口（12）延伸至脱砷反应槽（11）中下部，喷射泵出酸口（12）下段为喇叭口，H2S进气管设置在喷射泵（1）上部，H2S进气管依次设置阀门Ⅶ（23）和H2S进气口（22）连接，H2S进气管另用平衡管（21）与脱砷反应槽（11）的阀门Ⅵ（20）连接。
3.根据权利要求1所述的一种喷射式脱砷反应器，其特征在于：所述的循环泵（18）出口设置三通管，三通管其中一支与喷射泵进酸口（2）连接，另一支通过阀门Ⅳ（15）与外设的过滤装置连接，第三支与阀门Ⅲ（14）、循环管（13）和喷射泵进酸口（2）依次连接。
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