CN104689763A - 氧化反应装置及其用途 - Google Patents

Abstract

一种氧化反应装置，包括反应区、气液分布区和物料支撑件。气液分布区设于反应区之下，物料支撑件用于支撑第一容腔内的反应物，置于反应区的底端。气液分布区包括第二容腔、集气室、1个以上气体分布管和通气口，集气室设于第二容腔内，各个气体分布管的一端布置于集气室的周沿，通气口置于集气室之下。各个气体分布管上均至少设有1个气孔。本发明的氧化反应装置，使得气体、料液和温度等在反应体系中实现均一分布，减少了反应时间，提高了反应速率。

Description

氧化反应装置及其用途

技术领域

本发明涉及一种用于化学反应的装置，尤其涉及一种氧化反应装置，以及在铁的氧化物制取和生产中的应用。

背景技术

氧化铁是一种重要的铁的氧化物，其作为催化剂用于油漆、油墨和橡胶等工业中，还广泛用于油漆、橡胶、塑料化妆品、建筑精磨材料、精密五金仪器、光学玻璃、搪瓷、文教用品、皮革、磁性合金和高级合金钢的着色，作为颜料用于油漆、橡胶、塑料和建筑等的着色，以及玻璃、宝石和金属等材料的抛光剂等。

多种方法可以制取铁的氧化物，较常见的如：铁皮与硫酸生成的硫酸亚铁经氧化还原反应制取。根据铁的氧化物的晶胞结构的差异，常见的有铁黑、铁黄和铁红等几种，这些不同颜色的铁的氧化物由生产中的晶种决定。

中国发明专利ZL03128113.3公开了一种以铁粉还原法生产有机产品同步生产氧化铁黑的方法，将铁粉、反应介质、水投入到还原反应罐中，用蒸汽加热活化0.5小时-1小时，反应温度为50℃-95℃，反应压力为常压，搅拌转速为60转/分钟-12转/分钟，还原反应罐中PH值为5-8，反应过程连续滴加有机原料，并间断补充铁粉、反应介质和水，始终维持有机原料、铁粉、反应介质、水的重量配比为1∶0.5-1.5∶0.01-0.1∶2-5，有机产品、铁泥的悬浮物从还原反应罐出料口连续出料；将反应生成的悬浮物经过滤、洗涤、筛分、过滤和干燥等制得。

中国发明专利ZL201110008756.7公开了一种高纯氧化铁黑颜料及其生产方法，采用硫酸亚铁和氢氧化钠在氧化桶内进行反应。在碱性条件下，生成氢氧化亚铁溶胶，通入蒸汽升温进行反应，达到规定温度后，通入空气进行氧化，反应一定时间后即可制得所需高纯氧化铁黑。

中国发明专利ZL201110062503.8公开了一种利用硝酰氯尾气制备氧化铁红颜料的方法，采用氯代硝基苯高温氯化生产过程中的尾气，与铁粉进行硝基还原反应后产生的铁泥混合，通入蒸汽加热90～100℃，同时搅拌使化工铁泥溶解，跟踪测定溶液中Fe³⁺的含量和铁泥的加入量使溶液中Fe³⁺含量达到110～130g/L后，过滤，滤液加氨水调pH值为6～9，使三价铁生成氢氧化铁，离心分离，取固体加热至105℃～115℃，制得氧化铁红颜料。

上述制取铁的氧化物方法其反应规模较小，反应容器的容积难以扩大，出料后反应容器底部废料较多，需要人工进入反应容器内进行清理。底部的废料由于无法与空气充分接触反应不完全，造成物料的损耗与浪费。

中国实用新型专利ZL200920212985.9公开了一种用于制备氧化铁的氧化桶，其包括桶状的桶体、铁皮入口、晶种入口、水入口、硫酸亚铁入口、蒸汽入口、空气入口和出料口、截头锥体和设有小孔的中间隔板，截头锥体的大端与桶体的下端相连接，铁皮入口设置在桶体顶部，晶种入口、水入口和硫酸亚铁入口分别设置在桶体的上部，蒸汽入口设置在截头锥体的下部，空气入口和出料口分别设置在截头锥体的底部。本实用新型用于制备氧化铁的氧化桶，出料彻底，不需进入清理垃圾，降低劳动强度、改善现场状况，减少产品损耗，并且直接从底部进气(汽)，便于管道维护，并且结合锥形底，沉积的铁皮滑落到底后再被空气吹起来继续参与反应，可以提高原料利用率。

中国实用新型专利ZL201020656765.8公开了一种制备硝酸亚铁溶液的液固相转移反应器，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，分隔板设在圆柱段下部，内筒固定在分隔板上，内筒底部的分隔板上设有分布孔，物料入口设在圆柱段的上部，循环出口设置分隔板上方的壳体上，物料出口设在锥体段底部。该反应器采用外循环均质反应，能够避免返混，能够减少高价铁的及氮氧化物等副产物生成，无料渣铁屑沉积，容量自适应溢流调节，便于控制体系温度，产品纯度高，无废气排放，同时缩短了反应时间。

中国发明专利申请201310632149.7公开了一种制备氧化铁黄的装置，包括第一进样装置、第二进样装置、进气装置、反应容器、加热装置和pH值调节装置。反应容器的进口与第一进样装置出口、第二进样装置出口和进气装置出口相连，碱室出口与所述第二进样装置进口相连的双极膜电渗析装置。利用双极膜电渗析装置产生的碱液作为碱性中和剂，调节制备氧化铁黄过程中反应溶液的pH值，有效地降低了生产氧化铁黄的成本，同时本发明还有效地处理了制备氧化铁黄过程中产生的无机盐废液，实现了资源的回收和再利用。

因此，目前已公开的各种反应装置仍难以满足用于铁的氧化物制取的经济性要求，尤其是大规模生产中成本仍处于较高水平，有必要继续探索和完善制取铁的氧化物的技术方案。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种氧化反应装置，提高氧化反应的效率，提高经济效益。

本发明的另一个目的在于提供一种氧化反应装置，便于生产中对大体积和重量物料的投入，利于在大规模生产中应用，减少人工作业，提高生产的安全性。

本发明的再一个目的在于提供一种氧化反应装置，使得氧化反应体系的均一性得到改善，提高反应效率，增加反应产率。

本发明的又一个目的在于提供一种氧化反应装置，将其用于铁的氧化物的制取和大规模生产。

本发明提供的一种氧化反应装置，包括

反应区，包括第一容腔、投料口和盖体，盖体盖于投料口；

气液分布区，设于反应区之下，包括第二容腔、集气室、1个以上气体分布管和通气口；第二容腔与第一容腔连通，集气室设于第二容腔内，各个气体分布管的一端布置于集气室的周沿，通气口置于集气室之下(如：但不仅限于第二容腔的底部)；

物料支撑件，用于支撑第一容腔内的反应物，置于反应区的底端；优先选择的物料支撑件为板状，其上设有若干通孔，不仅使第一容腔和第二容腔相连通，还显著增加了第二容腔内的气体和液体向第一容腔运动的物质量，增加气液与反应物的接触，促进反应体系物料、温度和气液的均一分布，提高反应效率，增加物料的利用率和产品的产率。

本发明的氧化反应装置，气体分布管的数量为2件-15件，如：但不仅限于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14和15。其计数方式为自与集气室相连接处向外周延伸的部分计为1件。若气体分布管于集气室穿设而过，其两端置于集气室外周的两侧，则计为2件。

各个气体分布管上均至少设有1个气孔，自与集气室相连接的一端向外周延伸的方向上，所设置的气孔的总面积越大，如：气孔的周长增长或气孔的数量增加。调整各个气体分布管与集气室相连通处的开口面积，可以提高气体分布的均一性。

为便于投入体积大且重量重的铁皮等反应物，同时保证氧化反应装置的密封性能，本发明的氧化反应装置还包括密封机构，分别设于盖体和投料口处，如：但不仅限于密封垫、O形圈和回形结构等。为便于投入体积大且重量重的铁皮等反应物，同时保证氧化反应装置的密封性能，在投料口开口处的器壁上开设密封槽体(如：但不仅限于U型)，包括第一槽体侧壁和第二槽体侧壁，第一槽体侧壁与开口的距离大于第二槽体侧壁与开口的距离，在密封槽体内还盛有液体；盖体的径向外缘至少延及或覆盖第二槽体侧壁。

优先选择的，盖体上设置密封件，如：但不仅限于榫接件、四周封闭的立板和四周封闭的插接件等。密封件置于密封槽体，并与第一槽体侧壁和第二槽体侧壁分别形成第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室相通。第一腔室的体积大于或等于第二腔室的体积而能取得更佳的液密封效果。

本发明的氧化反应装置，还包括气液分布器，置于各个气体分布管的上方。优先选择板状形态。

一种本发明气液分布器的实施方式，为板状，其上设有若干液体分布孔，以及若干气体分布孔。

另一种本发明气液分布器的实施方式，为圆形板状，其上设有若干液体分布孔，以及若干气体分布孔。

另一种本发明气液分布器的实施方式，由若干气液分布板件组成，各个气液分布板件上设有若干液体分布孔，以及若干气体分布孔。

本发明的氧化反应装置，还包括液体外循环管，位于氧化反应装置的外部，其一端与第一容腔连通，另一端与第二容腔连通。优先选择的，与第一容腔的连通处位于物料支撑件上方，与第二容腔的连通处位于集气室下方。

本发明的氧化反应装置，还包括液体内循环管，其两端开口，设于氧化反应装置的器壁内侧，一端置于反应区，另一端置于气液分布区。

本发明上述各种氧化反应装置，适用于需采用气液固三相反应的物质制取与生产中。

本发明技术方案实现的有益效果：

本发明提供的氧化反应装置，使得用于氧化的气体在反应体系中实现分布均一。

本发明提供的氧化反应装置，通过设置液体内外循环管，增加了反应装置内的液体循环，利于反应的进行和反应温度的均一。

本发明提供的氧化反应装置，改善了氧化反应的所需气体和反应体系温度的均一性，减少了反应时间，提高了反应速率。

本发明提供的氧化反应装置，采用了投料口和盖体的密封机构，实现了投料口的液封，增加了密封的可靠性，减少了人工操作的依赖，增加了大体积和大重量物料的投放便利性，使得显著扩大氧化铁生产中的氧化反应装置的容量得以实现。

附图说明

图1为本发明氧化反应装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明气液分布器一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

图1为本发明氧化反应装置一实施例的结构示意图。如图1所示，本发明氧化反应装置为锥底外形，包括反应区100和气液分布区200。在气液分布区200设于反应区100之下，其间设有物料支撑件300，位于反应区100的底端。

以氧化铁的制取和生产为例，铁皮置于反应区的第一容腔110内，物料支撑件300用于支撑反应物——铁皮。本实施例中，物料支撑件300为板状，其上设有若干通孔310，不仅使位于其上的第一容腔110和位于其下气液分布区的第二容腔210相连通，使气体和液体自第二容腔向第一容腔运动的物质量显著增加，提高气液与反应物(固体)的接触。

气液分布区200还包括集气室220、1个以上气体分布管230和通气口240。通气口240置于集气室220之下。集气室220设于第二容腔210内，各个气体分布管230的一端布置于集气室220的周沿。

气体分布管230上方设置气液分布器400，其上设有若干液体分布孔411，以及若干气体分布孔412。如图2所示，本实施例中，气液分布器400为圆形板状，包括若干扇形气体分布件，其上分布若干液体分布孔411，以及若干气体分布孔412，以促进反应体系物料、温度和气液的均一分布，提高反应效率，增加物料的利用率和产品的产率。

以氧化铁的制取和生产为例，氧化反应装置体积50m³，加入水40吨，加入铁皮5吨，加入氧化助剂2.2吨，通入蒸汽加升温到80℃，通入空气对气体分布情况进行考察。与普通反应装置相比，安装气体分布板和气体分布管的氧化反应装置，气体在装置内的分布情况详见表1。

表1

在氧化反应装置的外部，还设置液体外循环管500，位于其一端与第一容腔110连通，另一端与第二容腔210连通。本实施例中，与第二容腔的连通处位于集气室220下方。

在氧化反应装置的的器壁内侧，还设置液体内循环管600，其两端开口，一端置于反应区100，另一端置于气液分布区200。本实施例中，液体内循环管600置于物料支撑件300的上方，另一端置于集气室200的下方。设置液体内外循环管，增加了反应装置内的液体循环，利于反应的进行和反应温度的均一。

以氧化铁的制取和生产为例，氧化反应装置体积50m³，加入水40吨，加入铁皮5吨，加入氧化助剂2.2吨，通入蒸汽加升温到80℃，通入空气开始反应。与普通反应装置相比，安装内、外循环管的氧化反应装置，其反应区上、下腔体的温度差详见表2。

表2

反应区100还包括投料口120和盖体130，盖体130盖于投料口120。为便于投入体积大且重量重的铁皮等反应物，同时保证氧化反应装置的密封性能，盖体和投料口处分别设置密封机构，如：但不仅限于密封垫、O形圈和回形结构等。

本实施例中，在投料口开口处的器壁上开设U型密封槽体140，包括第一槽体侧壁141和第二槽体侧壁142，第一槽体侧壁141与开口121的距离大于第二槽体侧壁142与开口的距离，在密封槽体140内还盛有液体(未示出)。

盖体130设置的密封件为四周封闭的插接件131，插设于密封槽体140内，并与第一槽体侧壁141和第二槽体侧壁142分别形成第一腔室143和第二腔室144。第一腔室的体积大于或等于第二腔室的体积而能取得更佳的液密封效果。

以氧化铁的制取和生产为例，氧化反应装置体积50m³，顶部加料盖直径1.9m，采用快开式水密封盖，每次加料开盖时间1～2分钟，加料结束时密封加料盖时间1～2分钟，加料盖无气体泄漏。采用螺栓紧固加料盖，每次加料开盖时间10～15分钟，加料结束时密封加料盖时间10～15分钟，加料盖有一定的气体泄露。

本实施例氧化反应装置应用于氧化铁的制取和生产，还能显著提高反应效率，反应缩短时间，大大降低生产成本，明显提升经济效益。比如：氧化反应装置体积50m³，加入水40吨，加入铁皮5吨，加入氧化助剂2.2吨，通入蒸汽加升温到80℃，通入空气开始反应。普通的氧化反应装置在相同条件下，反应结束时间89小时，反应产品量4.3吨。本实施例的氧化反应装置，需65小时即可结束反应，获得4.9吨反应产品。

Claims (14)

1.一种氧化反应装置，其特征在于包括：

反应区，包括第一容腔、投料口和盖体，盖体盖于投料口；

气液分布区，设于所述的反应区之下，包括第二容腔、集气室、1个以上气体分布管和通气口；所述的第二容腔与所述的第一容腔连通，所述的集气室设于所述的第二容腔内，各个所述的气体分布管的一端布置于所述的集气室的外周，所述的通气口置于所述的集气室之下；

物料支撑件，用于支撑所述第一容腔内的反应物，置于所述反应区的底端。

2.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于所述的物料支撑件上设有若干通孔，使第一容腔和第二容腔相连通。

3.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于所述气体分布管的数量为2件-15件。

4.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于还包括密封机构，分别设于所述的盖体和所述的投料口处。

5.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于

所述的投料口，其开口处的器壁上开设密封槽体，所述的密封槽体包括第一槽体侧壁和第二槽体侧壁，所述的第一槽体侧壁与开口的距离大于所述的第二槽体侧壁与开口的距离；

所述的盖体，其径向外缘至少延及或覆盖所述的第二槽体侧壁；

液体，其盛于所述的密封槽体内。

6.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于

所述的投料口，其开口处的器壁上开设密封槽体，所述的密封槽体包括第一槽体侧壁和第二槽体侧壁，所述的第一槽体侧壁与开口的距离大于所述的第二槽体侧壁与开口的距离；

所述的盖体，其上设置密封件，所述的密封件置于密闭槽体内，并与所述的第一槽体侧壁和所述的第二槽体侧壁分别形成第一腔室和第二腔室，所述的第一腔室和所述的第二腔室相通；

液体，其盛于所述的密封槽体内。

7.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于还包括气液分布器，置于所述气体分布管的上方。

8.根据权利要求7所述的氧化反应装置，其特征在于所述的气液分布器为板状，其上设有若干液体分布孔，以及若干气体分布孔。

9.根据权利要求7所述的氧化反应装置，其特征在于所述的气液分布器为圆形板状。

10.根据权利要求7所述的氧化反应装置，其特征在于所述的气液分布器由若干气液分布板件组成，各个所述的气液分布板件上设有若干液体分布孔，以及若干气体分布孔。

11.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于还包括液体外循环管，位于所述的氧化反应装置的外部，其一端与所述的第一容腔连通，另一端与所述的第二容腔连通。

12.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于还包括液体外循环管，位于所述的氧化反应装置的外部，其一端与所述的第一容腔连通，另一端与所述的第二容腔连通；与所述第一容腔的连通处位于所述的物料支撑件上方，与所述第二容腔的连通处位于所述集气室的下方。

13.根据权利要求1所述的氧化反应装置，其特征在于还包括液体内循环管，其两端开口，设于氧化反应装置的器壁内侧，一端置于所述的反应区，另一端置于所述的气液分布区。

14.一种权利要求1-13之一所述的氧化反应装置在气液固三相反应制取与生产产物中的应用。