CN104475005A - 一种化工原料微波浓缩装置及其浓缩方法 - Google Patents

一种化工原料微波浓缩装置及其浓缩方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化工原料浓缩技术领域，尤其是一种化工原料微波浓缩装置及其浓缩方法，通过化工原料微波浓缩装置中的反应釜与散热单元之间的微波发生器的设置，同时在反应釜的底端设置气泡发生机构，进而通过气泡发生机构产生的气泡对反应釜中的化工原料液进行搅拌处理，并通过微波发生器对其进行照射处理，使得其中的浓缩终温度较低，浓缩效果较为明显，并且能够避免较大能耗，降低了化工原料的浓缩成本，也避免了浓缩过程中排出的气体对环境造成二次污染，具有显著的环保价值和经济效益。

Description

一种化工原料微波浓缩装置及其浓缩方法
技术领域
本发明涉及化工原料浓缩技术领域，尤其是一种化工原料微波浓缩装置及其浓缩方法。
背景技术
目前，在对工业生产中产生的废气、中间体均进行再度处理后，作为化工原料来应用，而这样获得的化工原料的浓度通常较低，需要对其进行浓缩处理后，才能够满足工业化工原料的需求；而对于这些化工原料通常为含氟、含硫、含氯的溶液，如果对其进行浓缩不恰当时，将会导致含氟气体、含硫气体、含氯气体在此排放在空气中，造成环境的二次污染。同时，在现有浓缩技术中，对于上述化工原料的浓缩技术以及浓缩设备普遍为多效浓缩和降膜浓缩等；而无论是多效浓缩，还是降膜浓缩均需要高温高压蒸汽或者热风作为热源提供浓缩能量，而这些高温高压蒸汽或者热风在进入浓缩装置之后，还需要对非必要加热装置进行加热和传热处理，进而造成了整体的浓缩设备的能耗较高、浓缩的时间较长、浓缩工艺复杂、并且容易造成浓缩设备的管道堵塞，进而造成浓缩成本较大；同时，浓缩之后排放出的气体的温度较高，在进行吸收时，对于气体的吸收不完全，进而造成部分气体排放在环境中，造成环境的二次污染。
为此，本研究人员通过长期的探索与研究，将微波浓缩技术应用到化工原料，尤其是对尾气吸收液浓缩领域提供了一种新选择。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种化工原料微波浓缩装置，将化工原料的浓缩采用微波处理技术，使得传统的蒸汽、热风通入技术得到了避免，降低了对浓缩溶液中其他介质进行升温处理过程，进而降低了化工原料浓缩能耗，降低了化工原料浓缩成本。
为了能够将本发明的化工原料微波浓缩装置应用与化工原料浓缩领域，本发明进一步的提供一种采用微波浓缩装置进行化工原料浓缩的方法，该方法对化工原料的浓缩效果可控，整个浓缩过程中的能耗较小，并且将浓缩过程分为低温浓缩(一步浓缩)和高温浓缩(二步浓缩)对化工原料进行浓缩，使得化工原料的浓缩成本较低。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种化工原料微波浓缩装置，包括反应釜和散热单元，其中反应釜由反应壳、设置在反应壳底端的排液口、设置在反应壳顶端的出气口、设置在排液口左右两侧的气泡发生机构、设置在反应壳中上部的进料口、设置在进料口下端的温控单元、设置在温控单元的对侧面的取样口以及在反应壳内层的内衬组成；散热单元由设置在散热单元内部的散热扇以及包裹在散热单元外部的散热壳组成；散热单元与反应釜通过连接件将散热壳与反应壳连接扣紧，散热单元位于出气口的左右两侧，并在散热单元与反应釜的相交处设置有微波发生器。
所述的内衬为特氟龙材料。
所述的内衬的厚度为0.1-1mm。
所述的反应壳为不锈钢；所述的反应壳的厚度为1-5mm。
所述的反应釜的体积为1-10m3。
所述的微波发生器为4-12个。
所述的气泡发生机构为1-8个。
所述的散热扇为4-16个。
本发明的第二个目的还提供一种采用化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，包括以下步骤：
(1)加料：将质量分数为1-20％的稀化工原料通过泵由进料口加入到反应釜中，开启气泡发生机构，使得气泡发生机构在反应釜底部发生气泡，气泡发生机构的鼓风量为1-6m3/min，通过气泡的冲动对反应釜中的化工原料溶液进行搅拌，待用；
(2)浓缩：对步骤1)中待用的化工原料的浓缩步骤分为一步浓缩和二步浓缩，在一步浓缩中采用微波发生器(3)向化工原料溶液中发射频率为300-3000MHz的微波，并调整微波功率使溶液的温度为40-60℃，微波处理1-30min；再调整微波发生器(3)的发射频率为300-3000MHz的微波，调整微波功率使溶液的温度为70-100℃，微波处理1-30min，二步浓缩完成，待用；
(3)排气：步骤2)二步浓缩过程中，将装置内的气体由出气口(1)排放到吸收塔中，对其他进行吸收利用；并对反应釜中的浓缩液通过取样口(7)进行取样检测，待浓缩浓度达到30-90％时，即可完成化工原料的微波浓缩。
所述的化工原料为质量分数为1-20％的氟硅酸、氟化铵、氯化钠、硫酸铵、硫酸铵钾、氟硅酸铵溶液中一种。
上述微波发射频率优选为2450MHz，在优选为915MHz。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
①通过化工原料微波浓缩装置的设计，使得微波浓缩技术在化工原料浓缩领域得到应用，并且结合加料、浓缩、放气步骤的进行，将微波浓缩装置应用于化工原料浓缩，降低了传统的蒸汽浓缩、热风浓缩过程中，对外界非必需加热介质的加热的能耗损失，降低了化工原料的浓缩成本。
②通过放气步骤对浓缩装置中的气体进行放出，进而提高浓缩装置中的浓缩效率，并且对微波浓缩装置中的化工原料的浓缩温度进行控制，使得放出来的气体的温度较低，在进入吸收塔进行吸收时，能够充分的被吸收液进行吸收，进而降低了气体的环境排放量，避免了环境污染。
③通过气泡发生机构的设置，采用鼓风气泡对化工原料进行搅拌，进而使得残留在溶液中的其他能够被鼓入气体带出，进而降低了化工原料中的废弃物含量，避免了浓缩完成后的化工原料液再进入下一工序时，将气体带入环境中，导致环境污染的技术问题出现。
④通过对浓缩完成，并放气结束后的浓缩液进行检测，进而确保化工原料的浓度需求，提高了化工原料的浓缩质量。
附图说明
图1为本发明的化工原料微波浓缩装置的整体结构剖视示意图。
1-出气口 2-散热扇 3-微波发生器 4-浓缩介质 5-气泡发生机构6-排液口 7-取样口 8-进料口 9-温控单元 10-内衬 11-反应壳 12-连接件 13-散热单元 14-散热壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
如图1所示，一种化工原料微波浓缩装置，包括反应釜和散热单元13，其中反应釜由反应壳11、设置在反应壳11底端的排液口6、设置在反应壳11顶端的出气口1、设置在排液口6左右两侧的气泡发生机构5、设置在反应壳11中上部的进料口8、设置在进料口8下端的温控单元9、设置在温控单元9的对侧面的取样口7以及在反应壳11内层的内衬10组成；散热单元13由设置在散热单元13内部的散热扇2以及包裹在散热单元13外部的散热壳14组成；散热单元13与反应釜通过连接件12将散热壳14与反应壳11连接扣紧，散热单元13位于出气口1的左右两侧，并在散热单元13与反应釜的相交处设置有微波发生器3。
内衬10为特氟龙材料，厚度为0.1mm。
反应壳11为不锈钢，厚度为1mm。
反应釜的体积为1m3。
微波发生器3为4个。
气泡发生机构为1个。
散热扇为4个。
上述内衬10的厚度还可以为0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm。
上述反应壳11的厚度还可以为2mm、3mm、4mm或5mm。
上述反应釜的体积还可以为2m3、3m3、4m3、5m3、6m3、7m3、8m3、9m3或10m3。
上述微波发生器3还可以为5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个或12个。
上述气泡发生机构还可以为2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个。
上述散热扇还可以为6个、8个、10个、12个、14个或16个。
实施例2
采用化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，包括以下步骤：
(1)加料：将质量分数为1％的稀化工原料通过泵由进料口8加入到反应釜中，开启气泡发生机构5，使得气泡发生机构5在反应釜底部发生气泡，气泡发生机构的鼓风量为1m3/min，通过气泡的冲动对反应釜中的化工原料溶液进行搅拌，待用；
(2)浓缩：对步骤1)中待用的化工原料的浓缩步骤分为一步浓缩和二步浓缩，在一步浓缩中采用微波发生器3向化工原料溶液中发射频率为300MHz的微波，并调整溶液的温度为40℃，微波处理30min；再调整微波发生器3的发射频率为3000MHz的微波，调整溶液的温度为70℃，微波处理1min，二步浓缩完成，待用；
(3)排气：将步骤2)二步浓缩过程中，进行放气处理，将装置内的气体由出气口1排放到吸收塔中，对其他进行吸收利用；并对反应釜中的浓缩液通过取样口7进行取样检测，待浓缩浓度达到30％时，即可完成化工原料的微波浓缩。
所述的化工原料为质量分数为1％的氟硅酸溶液。
实施例3
采用化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，包括以下步骤：
(1)加料：将质量分数为20％的稀化工原料通过泵由进料口8加入到反应釜中，开启气泡发生机构5，使得气泡发生机构5在反应釜底部发生气泡，气泡发生机构的鼓风量为6m3/min，通过气泡的冲动对反应釜中的化工原料溶液进行搅拌，待用；
(2)浓缩：对步骤1)中待用的化工原料的浓缩步骤分为一步浓缩和二步浓缩，在一步浓缩中采用微波发生器3向化工原料溶液中发射频率为3000MHz的微波，并调整溶液的温度为60℃，微波处理1min；再调整微波发生器3的发射频率为300MHz的微波，调整溶液的温度为100℃，微波处理30min，二步浓缩完成，待用；
(3)排气：将步骤2)二步浓缩过程中，进行放气处理，将装置内的气体由出气口1排放到吸收塔中，对其他进行吸收利用；并对反应釜中的浓缩液通过取样口7进行取样检测，待浓缩浓度达到90％时，即可完成化工原料的微波浓缩。
所述的化工原料为质量分数为20％的氟化铵溶液。
实施例4
采用化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，包括以下步骤：
(1)加料：将质量分数为15％的稀化工原料通过泵由进料口8加入到反应釜中，开启气泡发生机构5，使得气泡发生机构5在反应釜底部发生气泡，气泡发生机构的鼓风量为5m3/min，通过气泡的冲动对反应釜中的化工原料溶液进行搅拌，待用；
(2)浓缩：对步骤1)中待用的化工原料的浓缩步骤分为一步浓缩和二步浓缩，在一步浓缩中采用微波发生器3向化工原料溶液中发射频率为2450MHz的微波，并调整溶液的温度为50℃，微波处理15min；再调整微波发生器3的发射频率为2450MHz的微波，调整溶液的温度为90℃，微波处理15min，二步浓缩完成，待用；
(3)排气：将步骤2)二步浓缩过程中，进行放气处理，将装置内的气体由出气口1排放到吸收塔中，对其他进行吸收利用；并对反应釜中的浓缩液通过取样口7进行取样检测，待浓缩浓度达到60％时，即可完成化工原料的微波浓缩。
所述的化工原料为质量分数为15％的氯化钠溶液。
实施例5
采用化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，包括以下步骤：
(1)加料：将质量分数为10％的稀化工原料通过泵由进料口8加入到反应釜中，开启气泡发生机构5，使得气泡发生机构5在反应釜底部发生气泡，气泡发生机构的鼓风量为3m3/min，通过气泡的冲动对反应釜中的化工原料溶液进行搅拌，待用；
(2)浓缩：对步骤1)中待用的化工原料的浓缩步骤分为一步浓缩和二步浓缩，在一步浓缩中采用微波发生器3向化工原料溶液中发射频率为2450MHz的微波，并调整溶液的温度为55℃，微波处理20min；再调整微波发生器3的发射频率为915MHz的微波，调整溶液的温度为80℃，微波处理10min，二步浓缩完成，待用；
(3)排气：将步骤2)二步浓缩过程中，进行放气处理，将装置内的气体由出气口1排放到吸收塔中，对其他进行吸收利用；并对反应釜中的浓缩液通过取样口7进行取样检测，待浓缩浓度达到50％时，即可完成化工原料的微波浓缩。
所述的化工原料为质量分数为10％的硫酸铵溶液。
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制。

Claims (10)

1.一种化工原料微波浓缩装置，其特征在于，包括反应釜和散热单元(13)，其中反应釜由反应壳(11)、设置在反应壳(11)底端的排液口(6)、设置在反应壳(11)顶端的出气口(1)、设置在排液口(6)左右两侧的气泡发生机构(5)、设置在反应壳(11)中上部的进料口(8)、设置在进料口(8)下端的温控单元(9)、设置在温控单元(9)的对侧面的取样口(7)以及在反应壳(11)内层的内衬(10)组成；散热单元(13)由设置在散热单元(13)内部的散热扇(2)以及包裹在散热单元(13)外部的散热壳(14)组成；散热单元(13)与反应釜通过连接件(12)将散热壳(14)与反应壳(11)连接扣紧，散热单元(13)位于出气口(1)的左右两侧，并在散热单元(13)与反应釜的相交处设置有微波发生器(3)。
2.如权利要求1所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的内衬(10)为特氟龙材料。
3.如权利要求1或2所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的内衬(10)的厚度为0.1-1mm。
4.如权利要求1所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的反应壳(11)为不锈钢；所述的反应壳(11)的厚度为1-5mm。
5.如权利要求1所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的反应釜的体积为1-10m3。
6.如权利要求1所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的微波发生器(3)为4-12个。
7.如权利要求1所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的气泡发生机构为1-8个。
8.如权利要求1所述的化工原料微波浓缩装置，其特征在于，所述的散热扇为4-16个。
9.采用权利要求1-8任一项所述的化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)加料：将质量分数为1-20％的稀化工原料通过泵由进料口(8)加入到反应釜中，开启气泡发生机构(5)，使得气泡发生机构(5)在反应釜底部发生气泡，气泡发生机构的鼓风量为1-6m3/min，通过气泡的冲动对反应釜中的化工原料溶液进行搅拌，待用；
(2)浓缩：对步骤1)中待用的化工原料的浓缩步骤分为一步浓缩和二步浓缩，在一步浓缩中采用微波发生器(3)向化工原料溶液中发射频率为300-3000MHz的微波，并调整微波功率使溶液的温度为40-60℃，微波处理1-30min；再调整微波发生器(3)的发射频率为300-3000MHz的微波，调整微波功率使溶液的温度为70-100℃，微波处理1-30min，二步浓缩完成，待用；
(3)排气：步骤2)二步浓缩过程中，将装置内的气体由出气口(1)排放到吸收塔中，对其他进行吸收利用；并对反应釜中的浓缩液通过取样口(7)进行取样检测，待浓缩浓度达到30-90％时，即可完成化工原料的微波浓缩。
10.如权利要求9所述的采用化工原料微波浓缩装置进行化工原料微波浓缩的方法，其特征在于，所述的化工原料为质量分数为1-20％的氟硅酸、氟化铵、氯化钠、硫酸铵、硫酸铵钾、氟硅酸铵溶液中一种。
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